Betalaine sind eine Klasse von Pflanzenfarbstoffen, die für die charakteristische rotviolette (Betacyanin) oder gelbe (Betaxanthin) Farbe bestimmter Früchte und Gemüse verantwortlich sind. Diese natürlich vorkommenden, wasserlöslichen und stickstoffhaltigen Pigmente werden üblicherweise als Lebensmittelfarbstoffe verwendet.
Kürzlich haben Forschungsergebnisse das starke antioxidative Potenzial von Betalainen in den Vordergrund gerückt, wodurch sie hergestellt werden Potentielle Kandidaten um gesunde Lebensmittel herzustellen und verschiedene Krankheiten zu bekämpfen. Derzeit werden Betalaine nur in Pflanzen der Ordnung Caryophyllales und höheren Pilzen produziert. Daher wurde Metabolic Engineering erforscht, um kultivierbare Nicht-Caryophyllales-Pflanzen genetisch zu modifizieren, um die Produktion und Skalierbarkeit dieser Pigmente zu verbessern.
Obwohl im Laufe der Jahre transgene Betalain-akkumulierende Pflanzen entwickelt wurden, müssen ihre Anwendungen zur Herstellung von Nahrungsressourcen für das Gesundheitswesen noch erforscht werden.
Um diese Lücke zu schließen, versuchte ein kooperatives Forschungsteam der Tokyo University of Science (TUS) und des Iwate Biotechnology Research Center, Japan, unter der Leitung von Professor Gen-ichiro Arimura von der TUS, Kartoffeln und Kartoffeln genetisch zu verändern Tomatenpflanzen Betacyanin herzustellen. Ihr Ziel war es, die therapeutische Wirksamkeit von Betacyanin-produzierenden Tomaten und Kartoffeln gegen murine Modelle von Kolitis und entzündungsauslösenden Makrophagen zu testen. Ihre Ergebnisse wurden in veröffentlicht Biotechnologie & Bioengineering.
Über die Ergebnisse dieser Studie sagt Prof. Arimura: „Wir haben erfolgreich Kartoffelknollen und Tomatenfrüchte so manipuliert, dass sie Betacyanin-Biosynthesegene [Gene für CYP76AD1 aus Beta vulgaris, DOD (DOPA 4,5-Dioxygenase) und 5GT (Cyclo- DOPA 5-O-Glucosyltransferase) aus Mirabilis jalapa] unter der Kontrolle geeigneter Promotoren. Dies verstärkte die endogene Akkumulation von Betanin und Isobetanin – zwei gängige Arten von Betacyanin – in diesen transgenen Gemüsen. Die Anhäufung dieser Pigmente ließ sie im Vergleich zu ihren Wildtyp-Gegenstücken bei der Reifung dunkelrot erscheinen.“
Da Makrophagen in mehreren eine wichtige Rolle spielen entzündliche Erkrankungen, testete das Team weiter die therapeutische Wirksamkeit dieser transgenen Gemüse in Makrophagen-ähnlichen Zellen (RAW264.7) nach Stimulierung der Immunantwort durch Lipopolysaccharide (LPS). Sie beobachteten, dass die Extrakte der transgenen Tomatenfrucht im Vergleich zu ihren Gegenstücken vom Wildtyp eine höhere entzündungshemmende Aktivität ausübten.
Dies wurde einer Abnahme der LPS-stimulierten Transkription des proinflammatorischen Zytokin-Gens – eines Tnf-α-Gens – in transgenen Zellen zugeschrieben.
„Diese Ergebnisse stimmten mit den entzündungshemmenden Wirkungen transgener Tomaten überein, die wir im Darm von Mausmodellen mit Dextransulfat-Natrium (DSS)-induzierter Kolitis beobachteten. Durch die Unterdrückung der DSS-stimulierten Transkription von proinflammatorischen Genen – Genen für Tnf-α, Il6 und Cox-2 – wurde eine deutliche Verbesserung ihres Körpergewichtsverlusts und ihres Krankheitsaktivitätsindex beobachtet“, fügt Prof. Arimura hinzu, während er die abgeleiteten Ergebnisse diskutiert aus dem anderen Experiment an Mäusen.
Darüber hinaus verstärkte die additive und synergistische Wirkung von Betacyanin mit natürlichen Fruchtbestandteilen (wie Lycopin in Tomaten) die Linderung von Colitis in Mausmodellen weiter. Während bei transgenen Tomatenextrakten bei 100- bis 1000-facher Verdünnung signifikante entzündungshemmende Wirkungen beobachtet wurden, war dies interessanterweise bei transgenen Kartoffeln trotz einer erheblichen Produktion von Betanin und Isobetanin nicht der Fall. Als Grund dafür wird spekuliert, dass unbekannte Antagonisten in transgenen Kartoffeln vorhanden sind, die gegen die entzündungshemmende Funktion von Betacyanin wirken, was aber noch bestätigt werden muss.
„Es wurde festgestellt, dass gentechnisch veränderte Tomaten zur Produktion von Betacyaninen erhebliche gesundheitsfördernde Wirkungen haben. Obwohl es natürliche pflanzliche Quellen für Betalaine wie Rote Bete gibt, zeigen diese Pigmente eine geringe Stabilität bei hohen Temperaturen und extremen pH-Werten. Dies deutet darauf hin, dass Betacyanin-produzierende transgene Tomatenlinien mit größerer Wahrscheinlichkeit als gesunde Lebensmittel wirksam sind, wenn sie in ihrem rohen Zustand eingenommen werden“, fasst Prof. Arimura zusammen.
Er fügt weiter hinzu: „Obwohl es in Japan keinen kommerziellen Anbau von essbaren, gentechnisch veränderten Pflanzen gibt, erwarten wir, dass ihre Anwendungen als Reformkost durch die Produktion in geschlossenen Pflanzenfabriken und anderen Einrichtungen zu einer weit verbreiteten Verwendung rekombinanter Pflanzen in Japan führen werden.“