Cannabis y radiación ultravioleta: papel del tetrahidrocannabinol como sustancia fotoprotectora

Dr. Pedro Serra

El tetrahidrocannabinol (THC) es el principal componente psicoactivo del cannabis. Su acción farmacológica se basa esencialmente en la capacidad de esta molécula para alcanzar y unirse a receptores CB1 presentes en el sistema nervioso central de mamíferos, desencadenando la misma respuesta que provocan sustancias endógenas que tienen a dicho receptor como diana (actividad agonista). A pesar de su baja toxicidad, el THC es considerado como un componente del mecanismo de defensa de la planta, especialmente frente a herbívoros. Sin embargo, esta no es la única función que desempeña el THC debido a su propiedad para absorber una fracción del espectro electromagnético situado en la región del ultravioleta (UV).

La energía solar que llega a la tierra es una mezcla de radiaciones electromagnéticas de longitudes de onda entre 200 nm y 4000 nm, que comprende radiación UV, luz visible y radiación infrarroja. Las plantas y las algas cuentan con unos orgánulos denominados cloroplastos que son capaces de captar parte de esa energía y, por medio de una serie de reacciones encadenadas, almacenarla de forma estable sintetizando moléculas rico-energéticas denominadas ATP.  La fotosíntesis por tanto transforma la energía lumínica en forma de fotones  provenientes del sol en energía química, siendo este proceso el que sustenta y mantiene la vida de nuestro planeta. La mayoría de organismos fotosintéticos se han especializado en maximizar la eficiencia energética de dicho proceso exponiéndose directamente a la radiación solar. Las plantas son un buen ejemplo de ello.  Sus hojas son órganos especializados para captar la luz visible. Tanto ellas como los cloroplastos de sus células se orientan para captar la mayor radiación posible y en consecuencia también están expuestas al resto de radiaciones solares.

La UV comprende una amplia región del espectro electromagnético y generalmente se divide en tres clases: la UV-A con una longitud de onda entre 390 y 320 nm, la UV-B entre 320 y 280 nm y la UV-C entre 280 y 100 nm. No toda la UV de la radiación solar llega a la superficie terrestre debido a que la capa de ozono actúa como barrera dejando pasar únicamente la  UV-A y parte de la UV-B.

Radiaciones que alcanzan superfície terrestre
Radiaciones que alcanzan superfície terrestre

Al igual que todos los seres vivos, las plantas sienten y responden a la UV ya que esta es perjudicial para ciertos procesos biológicos. La UV-B no es una radiación ionizante pero al incidir sobre determinadas sustancias puede excitar sus electrones y alterarlas molecularmente formando lo que se denomina foto productos que suelen ser sustancias muy reactivas y promotoras del estrés oxidativo. El ADN es una molécula especialmente sensible debido a que los fotones de UV-B promueven la dimerización de bases pirimidínicas provocando mutaciones que pueden ser heredables y en algunos casos activar los mecanismos de apoptosis que inducen la muerte celular.

La alteración ultravioleta en el ADN
La alteración ultravioleta en el ADN

Los cloroplastos son otra diana especialmente sensible ya que UV-B afecta a la integridad de las membranas tilacoidales lo que desencadena una reducción del contenido de proteínas y ARNscloroplasticos y un desajuste del balance fotosintético provocando cambios en el crecimiento, desarrollo y morfología de la planta que acusa una reducción generalizada de su biomasa.

Para paliar el efecto de la UV-B las plantas han desarrollado mecanismos adaptativos de protección y reparación de daños. La epidermis constituye la primera barrera de protección y en muchos casos está cubierta por ceras, pelos y tricomas que acumulan sustancias foto protectoras como flavonoides y ciertos alcaloides. Los fotoprotectores son terpenofenoles cuya molécula cuenta con un anillo aromático con la capacidad de absorber UV-B y utilizar esta energía para formar isómeros poco reactivos o bien liberarla en forma de fotones de longitud de onda no dañina para el organismo.

Fig 3 flavonoide
Fig 3 flavonoide

Los flavonoides son los foto protectores más utilizados en el reino vegetal. Se ha comprobado que las plantas disponen de receptores específicos de UV-B independientes a los de la luz visible que promueven la producción y acumulación de flavonoides en las vacuolas de sus células epidérmicas. De un modo similar algunas plantas activan la producción de alcaloides en células especializadas de la epidermis denominadas tricomas glandulares que liberan su contenido vacuolar al medio externo formando una cubierta protectora en forma de resina.

Tricomas
Tricomas

Este es el caso del cannabis cuyos tricomas liberan un conjunto de alcaloides terpenofenólicos cuya función foto protectora ha sido estudiada en algunos de ellos. Tanto el THC como el cannabicromeno (CBC) son fotoresistentes a UV-B mientras que el cannabidiol (CBD) es fotolábil pero todos ellos pueden absorber parte de la radiación y atenuar su incidencia en la planta.

Estructura molecular del THC, CBD, CBG, CBN y CBC
Estructura molecular del THC, CBD, CBG, CBN y CBC

Un estudio en el que se irradiaron con UV-B ápices meristemáticos de cáñamos de uso textil y de marihuanas medicinales  cultivadas en interior demostró la relación directa entre el nivel de THC y la dosis de radiación aplicada. UV-B en ápices no afecta a la fisiología o morfología en ambos tipos de plantas pero promueve un aumento de THC en hojas y flores en marihuanas medicinales indicando la presencia de receptores y la implicación del THC como molécula fotoprotectora.

Existe una relación directa entre el contenido encannabinoides del cannabis y la intensidad de radiación que incide en las áreas geográficas a las que pertenecen. Los ecotipos con mayor concentración de cannabinoides son aquellos originarios de zonas tropicales  o de áreas ubicadas en elevadas altitudes, mientras que aquellos provenientes de áreas más templadas tienen un menor contenido.

Fig 7

Se ha especulado sobre esta cuestión como el origen de las plantas medicinales aunque hay que tener en cuenta que el cannabis es una planta domesticada desde los orígenes de la humanidad y muy probablemente haya sido el ser humano quien la introdujo y moldeó mediante selección artificial de forma independiente en cada una de las distintas áreas geográficas. Por otro lado, la relevancia de la función fotoprotectora del THC puede no ser muy determinante dado que el cannabis puede sintetizar distintos compuestos fotoprotectores como son los flavonoides independientemente de la cantidad  y relación THC/CBD presente en sus resinas y que la mayor densidad de tricomas se encuentra en las flores y en sus brácteas lo que sugiere que la función principal de los cannabinoides es proteger a estos órganos y no a las hojas que tienen una mayor exposición.

Fig 8
Fig 8

Independientemente de sus consecuencias evolutivas se ha comprobado experimentalmente que el cannabis responde a la UV-B incrementando su contenido en THC lo que implica que esta molécula desempeña un papel polifuncional en la planta tanto en defensa frente a herbívoros como en protección frente a la radiación solar.