Technische Tomaten für die ertragreiche Produktion von Safran-Apocarotinoiden

Apokarotinoide, die aus der oxidativen Spaltung von Carotinoiden durch Carotinoid-Spaltungs-Dioxygenasen (CCDs) entstehen, sind für biologische Funktionen in Pflanzen und Tieren von entscheidender Bedeutung, ihre Definition variiert jedoch zwischen den wissenschaftlichen Gemeinschaften. Bei der pflanzlichen Carotinoid-Biosynthese wandeln Enzyme Isoprenoide in Carotinoide um, was zu Produkten wie Lycopin, Lutein und Zeaxanthin führt, die beim Lichtschutz und bei der Entgiftung eine Rolle spielen.

Zeaxanthin ist eine Vorstufe für Apocarotinoide wie Crocine in Safran und trägt zu seiner Farbe, seinem Geschmack und seinem Aroma bei. Während der Safrananbau arbeitsintensiv und kostspielig ist, bieten die Weiterentwicklung des Metabolic Engineering und der synthetischen Biologie vielversprechende Lösungen für eine kostengünstige Produktion.

Die aktuelle Forschung konzentriert sich auf die Erweiterung des Carotinoidwegs in alternativen Wirten wie Tomaten, um die hohen Kosten- und Umweltprobleme des traditionellen Anbaus zu lösen und das Potenzial dieser Verbindungen in verschiedenen Industrien zu erkunden.

Gartenbauforschung veröffentlichte Forschungsarbeit mit dem Titel „Herstellung hoher Mengen an Safran-Apocarotinoiden in Tomaten.“

In dieser Studie nutzten die Forscher die natürliche Anreicherung von Carotinoiden in Tomatenfrüchten, um die charakteristischen Apocarotinoide von Safran zu produzieren, mit dem Ziel, die nutrazeutischen Eigenschaften von Produkten auf Tomatenbasis zu verstärken. Sie verwendeten einen kombinatorischen genetischen Ansatz, indem sie die Safran-Gene CsCCD2L, CsUGT2 und UGT709G1 mithilfe fruchtspezifischer und konstitutiver Promotoren in Tomaten einführten, um die Expression zu optimieren.

Obwohl nicht alle transgenen Linien lebensfähig waren, zeigten diejenigen, die Früchte produzierten, im Vergleich zum Wildtyp höhere antioxidative Aktivitäten und ausgeprägte Apocarotinoidprofile. Detaillierte Analysen ergaben, dass sich die Linien in der Anreicherung von Crocinen, Picrocrocin und anderen Verbindungen unterschieden, wobei bestimmte Linien andere aufgrund spezifischer Metabolitenwerte übertrafen.

Während der Gesamtcarotinoidgehalt in transgenen Früchten reduziert wurde, war die erhöhte Anreicherung wertvoller Apocarotinoide wie Crocine und Picrocrocin ein erheblicher Kompromiss. Diese Transformation wirkte sich auch auf das Profil der flüchtigen Verbindungen aus, indem neue, von Apocarotinoiden abgeleitete flüchtige Stoffe eingeführt und bestehende verändert wurden.

Die Studie wurde erweitert, um die gesundheitlichen Vorteile und das industrielle Potenzial dieser manipulierten Tomaten zu bewerten. Die transgenen Tomaten zeigten eine erhöhte antioxidative Kapazität und eine neuroprotektive Wirkung gegen Alzheimer bei C. elegans, was ihr Potenzial als funktionelles Lebensmittel unterstreicht.

Die Forscher untersuchten auch die Machbarkeit der Verwendung dieser Tomaten als kostengünstige Alternative zur traditionellen Safranproduktion. Sie fanden heraus, dass die manipulierten Tomaten möglicherweise die Produktionskosten für Safran-Apocarotinoide erheblich senken und so die mit dem Safrananbau verbundenen wirtschaftlichen Probleme und Betrugsprobleme angehen könnten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Studie Tomaten erfolgreich als biotechnologische Plattform zur Herstellung von Safran-Apocarotinoiden nutzte, was zu Früchten mit verbesserten ernährungsphysiologischen und therapeutischen Eigenschaften führte. Die Ergebnisse eröffnen Möglichkeiten für den Einsatz von Metabolic Engineering in Nutzpflanzen, um wertvolle Verbindungen kostengünstig und nachhaltig herzustellen, mit weitreichenden Auswirkungen auf Landwirtschaft, Industrie und Gesundheit.