Dr. Jie Li untersucht mit Vitamin D angereicherte Tomaten. Bildnachweis: Phil Robinson
Tomaten, die genetisch verändert wurden, um Vitamin D zu produzieren, das als Sonnenvitamin bekannt ist, könnten eine einfache und nachhaltige Innovation sein, um ein weltweites Gesundheitsproblem anzugehen.
Die Forscher nutzten die Genbearbeitung, um ein spezifisches Molekül im Genom der Pflanze auszuschalten, das das Provitamin D3 sowohl in den Früchten als auch in den Blättern von Tomatenpflanzen erhöhte. Es wurde dann durch Einwirkung von UVB-Licht in Vitamin D3 umgewandelt.
Vitamin D wird in unserem Körper gebildet, nachdem unsere Haut UVB-Licht ausgesetzt wurde, aber die Hauptquelle ist die Nahrung. Diese neue biofortifizierte Pflanze könnte Millionen von Menschen mit Vitamin-D-Mangel helfen, einem wachsenden Problem im Zusammenhang mit einem erhöhten Krebsrisiko, Demenz und vielen führenden Todesursachen. Die Forschung hat auch gezeigt, dass ein Vitamin-D-Mangel mit einer erhöhten Schwere der Infektion durch Covid-19 verbunden ist.
Tomaten, die Vitamin D produzieren, könnten eine einfache und nachhaltige Innovation sein, um ein globales Gesundheitsproblem anzugehen.
Tomaten enthalten von Natur aus einen der Bausteine von Vitamin D3, genannt Provitamin D3 oder 7-Dehydrocholesterin (7-DHC), in ihren Blättern in sehr geringen Mengen. Provitamin D3 reichert sich jedoch normalerweise nicht in reifen Tomatenfrüchten an.
Wissenschaftler in der Gruppe von Professor Cathie Martin am John Innes Center setzten CRISPR-Cas9-Geneditierung ein, um den genetischen Code von Tomatenpflanzen zu überarbeiten, damit sich Provitamin D3 in der Tomatenfrucht anreichert. Die Blätter der bearbeiteten Pflanzen enthielten bis zu 600 ug (Mikrogramm) Provitamin D3 pro Gramm Trockengewicht. Die empfohlene tägliche Zufuhr von Vitamin D beträgt 10 ug für Erwachsene.
Beim Anbau von Tomaten sind die Blätter normalerweise Abfallmaterial, aber die der bearbeiteten Pflanzen könnten für die Herstellung veganerfreundlicher Vitamin-D3-Ergänzungen oder zur Anreicherung von Lebensmitteln verwendet werden.
„Wir haben gezeigt, dass man Tomaten mit Provitamin D3 durch Gen-Editierung biofortifizieren kann, was bedeutet, dass Tomaten als pflanzliche, nachhaltige Quelle für Vitamin D3 entwickelt werden könnten“, sagte Professor Cathie Martin, korrespondierende Autorin der Studie, die in Nature erscheint Pflanzen.
„Vierzig Prozent der Europäer leiden an Vitamin-D-Mangel, ebenso eine Milliarde Menschen weltweit. Wir gehen nicht nur ein riesiges Gesundheitsproblem an, sondern helfen den Erzeugern, denn Tomatenblätter, die derzeit verschwendet werden, könnten zur Herstellung von Nahrungsergänzungsmitteln aus gentechnisch veränderten Linien verwendet werden.“
Frühere Forschungen haben den biochemischen Weg untersucht, wie 7-DHC in der Frucht zur Herstellung von Molekülen verwendet wird, und festgestellt, dass ein bestimmtes Enzym Sl7-DR2 für die Umwandlung in andere Moleküle verantwortlich ist.
Um dies zu nutzen, verwendeten die Forscher CRISPR-Cas 9, um dieses Sl7-DR2-Enzym in Tomaten auszuschalten, sodass sich das 7DHC in der Tomatenfrucht anreichert.
Sie maßen, wie viel 7-DHC in den Blättern und Früchten dieser bearbeiteten Tomatenpflanzen vorhanden war, und stellten fest, dass der 7-DHC-Gehalt sowohl in den Blättern als auch in den Früchten der bearbeiteten Pflanzen erheblich angestiegen war.
Das 7-DHC reichert sich sowohl im Fruchtfleisch als auch in der Schale der Tomaten an.
Die Forscher testeten dann, ob das 7-DHC in den bearbeiteten Pflanzen in Vitamin D3 umgewandelt werden konnte, indem sie Blätter und geschnittene Früchte 1 Stunde lang mit UVB-Licht bestrahlten. Sie fanden heraus, dass es sehr effektiv war und war.
Nach der Behandlung mit UVB-Licht, um das 7-DHC in Vitamin D3 umzuwandeln, enthielt eine Tomate die gleiche Menge an Vitamin D wie zwei mittelgroße Eier oder 28 g Thunfisch – beides empfohlene Nahrungsquellen für Vitamin D.
Die Studie besagt, dass Vitamin D in reifen Früchten durch längere UVB-Exposition, beispielsweise während der Sonnentrocknung, weiter erhöht werden könnte.
Das Blockieren des Enzyms in der Tomate hatte keine Auswirkung auf Wachstum, Entwicklung oder Ertrag der Tomatenpflanzen. Andere eng verwandte Pflanzen wie Auberginen, Kartoffeln und Paprika haben denselben biochemischen Weg, sodass die Methode auf diese Gemüsekulturen angewendet werden könnte.
Anfang dieses Monats kündigte die britische Regierung eine offizielle Überprüfung an, um zu prüfen, ob Lebensmittel und Getränke mit Vitamin D angereichert werden sollten, um gesundheitliche Ungleichheiten anzugehen.
Die meisten Lebensmittel enthalten wenig Vitamin D und Pflanzen sind im Allgemeinen sehr schlechte Quellen. Vitamin D3 ist die bioverfügbarste Form von Vitamin D und wird im Körper produziert, wenn die Haut Sonnenlicht ausgesetzt wird. Im Winter und in höheren Breiten müssen die Menschen Vitamin D über die Nahrung oder Nahrungsergänzungsmittel aufnehmen, da die Sonne nicht stark genug ist, damit der Körper es auf natürliche Weise produzieren kann.
Der Erstautor der Studie, Dr. Jie Li, sagte: „Die Covid-19-Pandemie hat dazu beigetragen, das Problem des Vitamin-D-Mangels und seine Auswirkungen auf unsere Immunfunktion und die allgemeine Gesundheit aufzuzeigen. Die von uns produzierten, mit Provitamin D angereicherten Tomaten bieten eine dringend benötigte pflanzliche Quelle des Sonnenvitamins. Das sind großartige Neuigkeiten für Menschen, die sich pflanzenreich, vegetarisch oder vegan ernähren, und für die wachsende Zahl von Menschen, die weltweit unter dem Problem des Vitamin-D-Mangels leiden.“
Referenz: „Biofortifizierte Tomaten bieten einen neuen Weg zur Vitamin-D-Suffizienz“ von Jie Li, Aurelia Scarano, Nestor Mora Gonzalez, Fabio D’Orso, Yajuan Yue, Krisztian Nemeth, Gerhard Saalbach, Lionel Hill, Carlo de Oliveira Martins, Rolando Moran, Angelo Santino und Cathie Martin, 23. Mai 2022, Natur Pflanzen.
DOI: 10.1038/s41477-022-01154-6