代謝工程是植物生物技術(shù)的一個(gè)領(lǐng)域，旨在對(duì)植物代謝途徑進(jìn)行基因改造，以產(chǎn)生具有改善健康益處的植物品種。

最近，東京理科大學(xué)和巖手縣生物技術(shù)研究中心的科學(xué)家設(shè)計(jì)了馬鈴薯和番茄植物來(lái)表達(dá)甜菜堿植物色素 - 僅在石竹和高等真菌中發(fā)現(xiàn)。他們發(fā)現(xiàn)甜菜堿西紅柿對(duì)巨噬細(xì)胞和鼠結(jié)腸炎具有抗炎作用，但甜菜堿土豆沒有顯示出這種作用。

甜菜堿是一類植物色素，負(fù)責(zé)某些水果和蔬菜的特征性紅紫色(甜菜花青素)或黃色(黃黃質(zhì))顏色。這些天然存在的、水溶性和含氮的顏料通常用作食用色素。

最近，研究結(jié)果將甜菜堿的強(qiáng)大抗氧化潛力帶到了最前沿，使其成為生產(chǎn)健康食品和對(duì)抗各種疾病的潛在候選者。目前，甜菜堿僅在石竹目和高等真菌的植物中產(chǎn)生。因此，已經(jīng)探索了代謝工程來(lái)對(duì)可培養(yǎng)的非石竹植物進(jìn)行基因改造，以提高這些色素的產(chǎn)量和可擴(kuò)展性。

雖然轉(zhuǎn)基因甜菜堿積累植物已經(jīng)發(fā)展多年，但它們?cè)谏a(chǎn)保健食品資源中的應(yīng)用還有待探索。

為了解決這一差距，東京理科大學(xué)(TUS)和日本巖手生物技術(shù)研究中心的合作研究小組，由TUS的Gen-ichiro Arimura教授領(lǐng)導(dǎo)，試圖對(duì)馬鈴薯和番茄植物進(jìn)行基因改造以產(chǎn)生甜菜花青素。

他們的目的是測(cè)試生產(chǎn)甜菜青素的西紅柿和土豆對(duì)結(jié)腸炎和炎癥誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞的小鼠模型的治療效果。他們的研究結(jié)果于26年2023月<>日發(fā)表在《生物技術(shù)與生物工程》上。

在討論這項(xiàng)研究的結(jié)果時(shí)，有村教授說(shuō)：“我們成功地設(shè)計(jì)了馬鈴薯塊莖和番茄果實(shí)，以在合適的啟動(dòng)子的控制下共表達(dá)β青素生物合成基因[來(lái)自Beta vulgaris，DOD(DOPA 76，1-雙加氧酶)和4GT(環(huán)-DOPA 5-O-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶)的CYP5AD5基因]。這增強(qiáng)了甜菜素和異甜菜素(兩種常見的甜菜花青素)在這些轉(zhuǎn)基因蔬菜中的內(nèi)源性積累。與野生型色素相比，這些色素的積累使它們?cè)诔墒鞎r(shí)呈現(xiàn)深紅色。

由于巨噬細(xì)胞在幾種炎癥性疾病中起著重要作用，因此在脂多糖(LPS)的免疫反應(yīng)刺激下，研究小組進(jìn)一步測(cè)試了這些轉(zhuǎn)基因蔬菜在巨噬細(xì)胞樣細(xì)胞(RAW264.7)中的治療效果。

他們觀察到，與野生型番茄相比，轉(zhuǎn)基因番茄果實(shí)的提取物具有更高的抗炎活性。這歸因于轉(zhuǎn)基因細(xì)胞內(nèi)促炎細(xì)胞因子基因(Tnf-α基因)的LPS刺激轉(zhuǎn)錄減少。

“這些發(fā)現(xiàn)與我們?cè)谟倚囚蛩徕c(DSS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠模型中觀察到的轉(zhuǎn)基因番茄的抗炎作用一致。通過(guò)抑制促炎基因的DSS刺激轉(zhuǎn)錄 - Tnf-α，Il6和Cox-2基因，觀察到他們的體重減輕和疾病活動(dòng)指數(shù)顯著改善，“有村教授在討論從小鼠的另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中獲得的結(jié)果時(shí)補(bǔ)充道。

此外，甜菜花青素與天然果實(shí)成分(如番茄中的番茄紅素)的添加和協(xié)同作用進(jìn)一步促進(jìn)了小鼠模型結(jié)腸炎的改善。有趣的是，雖然轉(zhuǎn)基因番茄提取物在100-1000倍稀釋度下觀察到顯著的抗炎作用，但轉(zhuǎn)基因馬鈴薯的情況并非如此，盡管產(chǎn)生了大量的甜菜素和異貝坦寧。

據(jù)推測(cè)，其原因是轉(zhuǎn)基因馬鈴薯中存在未知的拮抗劑，這些拮抗劑對(duì)抗βcyanin的抗炎功能，但尚未得到證實(shí)。

“轉(zhuǎn)基因生產(chǎn)甜菜花青素的西紅柿被發(fā)現(xiàn)具有實(shí)質(zhì)性的健康促進(jìn)作用。盡管存在甜菜根等甜菜堿的天然植物來(lái)源，但這些色素在高溫和極端pH值下表現(xiàn)出較差的穩(wěn)定性。這表明產(chǎn)生甜菜青素的轉(zhuǎn)基因番茄系在原始狀態(tài)下攝入時(shí)更有可能作為健康食品有效，“有村教授總結(jié)道。

這些發(fā)現(xiàn)的潛在應(yīng)用是什么?他進(jìn)一步補(bǔ)充說(shuō)：“雖然日本沒有可食用轉(zhuǎn)基因作物的商業(yè)種植，但我們預(yù)計(jì)，通過(guò)在封閉的植物工廠和其他設(shè)施中生產(chǎn)，它們作為健康食品的應(yīng)用將導(dǎo)致重組植物在日本的廣泛使用。

我們相信，甜菜堿工程將很快成為改善健康食品商業(yè)生產(chǎn)的有前途的途徑，從而促進(jìn)食品供應(yīng)，同時(shí)為消費(fèi)者提供健康益處。