Dodano: 25 maja 2022r.

Naukowcy opracowali pomidory, które wytwarzają witaminę D

Dzięki wykorzystaniu technologii edycji genów CRISPR-Cas9, naukowcy stworzyli pomidory bogate w witaminę D. Witamina ta jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania organizmu, a edytowane genetycznie pomidory mogą pomóc milionom ludzi z jej niedoborem.

Naukowcy opracowali pomidory, które wytwarzają witaminę D

 

Nowe badania pokazują, że z niewielką pomocą edycji genów, pomidory mogą gromadzić prekursora witaminy D, niezbędnego składnika odżywczego zwykle występującego głównie w produktach pochodzenia zwierzęcego. Naukowcy wykorzystali edycję genów, aby wyłączyć określoną cząsteczkę w genomie rośliny, co zwiększyło poziom prowitaminy D3 zarówno w owocach, jak i liściach pomidora. Działanie promieni słonecznych (ekspozycję na światło UVB) następnie przekształca prowitaminę D3 w aktywną formę witaminy.

Wyniki i opis badań został opublikowany na łamach pisma „Nature Plants” (DOI: 10.1038/s41477-022-01154-6).

Witamina D

Witamina D powstaje w naszych ciałach po ekspozycji skóry na promieniowanie UVB, ale jej głównym źródłem jest żywność. Promieniowanie UVB przekształca obecne w skórze prekursory w formę, którą wątroba i nerki przekształcają w użyteczną witaminę D. Jednak ludzie żyjący na wysokich szerokościach geograficznych mają często niedobory witaminy D, ze względu na niewystarczającą ilość promieniowania UVB, szczególnie zimą. Na produkcję witaminy w skórze mają wpływ także inne czynniki - pora roku i dnia, zachmurzenie i zanieczyszczenia powietrza czy stosowanie kremów z filtrem. Starzejąca się lub ciemniejsza skóra może również spowolnić syntezę witaminy D.

Szacuje się, że ponad miliard ludzi na całym świecie cierpi na niedobór witaminy D. Witamina ta jest niezbędna dla prawidłowego funkcjonowania organizmu. Jej niedobór może przyczynić się do różnych problemów zdrowotnych, w tym zaburzeń immunologicznych i neurologicznych, problemów z pamięcią i z uczeniem się oraz do rozwoju schizofrenii czy depresji. Niedobór jest również powiązany z wyższym ryzykiem rozwoju chorób nowotworowych czy demencji. Istnieją także dowody na to, że niski poziom witaminy D jest powiązany z wyższym ryzykiem chorób sercowo-naczyniowych i innych problemów zdrowotnych. Badania wykazały też, że niedobór witaminy D jest powiązany ze zwiększonym nasileniem infekcji COVID-19.

Rośliny są na ogół ubogim źródłem witaminy D. Dlatego ta w większości pozyskiwana jest z produktów zwierzęcych, które zawierają prekursory witaminy D. To produkty takie jak jaja, mięso i nabiał. Witaminę D można również suplementować.

Wzbogacone pomidory

Pomidory zawierają jeden z elementów budulcowych witaminy D3 - prowitaminę D3 (7-dehydrocholesterol, 7-DHC), w swoich liściach, ale na bardzo niskim poziomie. Prowitamina D3 normalnie nie kumuluje się w dojrzałych owocach pomidora.

Profesor Cathie Martin z John Innes Center wraz ze swoim zespołem wykorzystała metodę edycję genów CRISPR-Cas9 do wprowadzenia zmian w kodzie genetycznym roślin pomidora. Wyeliminowanie pojedynczego genu spowodowało, że prowitamina D3 gromadziła się w owocach. Według autorów badań, taki pomidor zapewnia około 20 proc. zalecanego dziennego spożycia witaminy D.

Pomidory i inne rośliny z rodziny psiankowatych wytwarzają prekursor, czyli prowitaminę D3, ale następnie przekształcają go w inne związki za pomocą enzymów kodowanych przez dwa geny: 7-DR1 i 7-DR2. Naukowcy podejrzewali, że wyłączenie jednego z tych genów spowoduje akumulację w roślinie prowitaminy D3.

Edycja genetyczna rośliny

Padło na 7-DR2, który pomaga w syntezie związków używanych przez rośliny do radzenia sobie ze stresem powodowanym przez szkodniki i drobnoustroje. Zostawienie w spokoju 7-DR1 spowodowało, jak sądzą autorzy badań, że zmodyfikowane rośliny rosły normalnie.

Podczas uprawy pomidorów liście są zwykle odpadem, ale te z edytowanych roślin można wykorzystać do produkcji suplementów witaminy D3 lub do wzbogacania żywności. Liście edytowanych roślin zawierały do ​​600 ug prowitaminy D3 na gram suchej masy. Zalecane dzienne spożycie witaminy D to 10 ug dla dorosłych.

- Wykazaliśmy, że można wzbogacać pomidory prowitaminą D3 za pomocą edycji genów, co oznacza, że ​​pomidory mogą być rozwijane jako roślinne, zrównoważone źródło witaminy D3 – powiedziała profesor Martin. - Czterdzieści procent Europejczyków ma niedobór witaminy D, podobnie jak miliard ludzi na całym świecie. Nie tylko zajmujemy się ogromnym problemem zdrowotnym, ale pomagamy producentom, ponieważ liście pomidorów, które obecnie się marnują, można wykorzystać do produkcji suplementów – dodała.

We wcześniejszych badaniach dotyczących biochemicznych szlaków 7-DHC naukowcy ustalili, że za przekształcanie prowitaminy D3 w inne związki odpowiedzialny jest konkretny enzym: S17-DR2. Następnie za pomocą metody edycji genów CRISPR-Cas9 uczeni wyłączyli produkcję enzymu, by 7-DHC gromadziło się w owocach pomidorów. Po tym zabiegu nastąpił znaczny wzrost poziomów prowitaminy D3 zarówno w owocach, jak i w liściach edytowanych roślin.

Testy terenowe

Następnie naukowcy przetestowali, czy 7-DHC w edytowanych roślinach może zostać przekształcony w witaminę D3 poprzez ekspozycję na światło UVB. Sprawdzili to na liściach, jak i pokrojonych pomidorach, które naświetlali przez jedną godzinę. Okazało się, że może i to bardzo skuteczne.

Edytowany pomidor, po ekspozycji na światło UVB, zawierał poziom witaminy D równoważny dwóm średniej wielkości jajom lub 28 g tuńczyka – które są zalecanymi źródłami witaminy D w diecie. Co więcej, uczeni twierdzą, że poziom witaminy D może być zwiększany poprzez dłuższą ekspozycję na promieniowanie UVB, na przykład podczas suszenia na słońcu.

Zablokowanie enzymu w pomidorze nie miało wpływu na wzrost, rozwój ani plony pomidorów. Inne blisko spokrewnione rośliny, takie jak bakłażan, ziemniak czy pieprz, korzystają z tych samych szlaków biochemicznych, zatem metoda ta może być stosowana także w tych uprawach.

- Pandemia COVID-19 pomogła uwypuklić problem niedoboru witaminy D i jej wpływu na naszą odporność i ogólny stan zdrowia. Pomidory wzbogacone prowitaminą D3, które opracowaliśmy, oferują bardzo potrzebne roślinne źródło witaminy D. To wspaniała wiadomość dla osób stosujących dietę wegetariańską lub wegańską oraz dla rosnącej liczby osób na całym świecie cierpiących na problem niedoboru witaminy D – powiedziała dr Jie Li, współautorka badania.

Zmodyfikowane pomidory były uprawiane wyłącznie w laboratoryjnych szklarniach. W przyszłym miesiącu mają rozpocząć się próby terenowe w Wielkiej Brytanii. Testy te będą miały kluczowe znaczenie dla sprawdzenia, czy rośliny dają sobie radę w warunkach rzeczywistego stresu. Wyzwaniem może być też akceptacja edytowanych pomidorów przez konsumentów.

 

Źródło: John Innes Centre, fot. Phil Robinson