使用植物色素为蔬菜提供抗炎特性

代谢工程是植物生物技术的一个领域，旨在对植物代谢途径进行基因改造，以产生具有改善健康益处的植物品种。

最近，东京理科大学和岩手县生物技术研究中心的科学家设计了马铃薯和番茄植物来表达甜菜碱植物色素 - 仅在石竹和高等真菌中发现。他们发现甜菜碱西红柿对巨噬细胞和鼠结肠炎具有抗炎作用，但甜菜碱土豆没有显示出这种作用。

甜菜碱是一类植物色素，负责某些水果和蔬菜的特征性红紫色(甜菜花青素)或黄色(黄黄质)颜色。这些天然存在的、水溶性和含氮的颜料通常用作食用色素。

最近，研究结果将甜菜碱的强大抗氧化潜力带到了最前沿，使其成为生产健康食品和对抗各种疾病的潜在候选者。目前，甜菜碱仅在石竹目和高等真菌的植物中产生。因此，已经探索了代谢工程来对可培养的非石竹植物进行基因改造，以提高这些色素的产量和可扩展性。

虽然转基因甜菜碱积累植物已经发展多年，但它们在生产保健食品资源中的应用还有待探索。

为了解决这一差距，东京理科大学(TUS)和日本岩手生物技术研究中心的合作研究小组，由TUS的Gen-ichiro Arimura教授领导，试图对马铃薯和番茄植物进行基因改造以产生甜菜花青素。

他们的目的是测试生产甜菜青素的西红柿和土豆对结肠炎和炎症诱导巨噬细胞的小鼠模型的治疗效果。他们的研究结果于26年2023月<>日发表在《生物技术与生物工程》上。

在讨论这项研究的结果时，有村教授说：“我们成功地设计了马铃薯块茎和番茄果实，以在合适的启动子的控制下共表达β青素生物合成基因[来自Beta vulgaris，DOD(DOPA 76，1-双加氧酶)和4GT(环-DOPA 5-O-葡萄糖基转移酶)的CYP5AD5基因]。这增强了甜菜素和异甜菜素(两种常见的甜菜花青素)在这些转基因蔬菜中的内源性积累。与野生型色素相比，这些色素的积累使它们在成熟时呈现深红色。

由于巨噬细胞在几种炎症性疾病中起着重要作用，因此在脂多糖(LPS)的免疫反应刺激下，研究小组进一步测试了这些转基因蔬菜在巨噬细胞样细胞(RAW264.7)中的治疗效果。

他们观察到，与野生型番茄相比，转基因番茄果实的提取物具有更高的抗炎活性。这归因于转基因细胞内促炎细胞因子基因(Tnf-α基因)的LPS刺激转录减少。

“这些发现与我们在右旋糖酐硫酸钠(DSS)诱导的结肠炎小鼠模型中观察到的转基因番茄的抗炎作用一致。通过抑制促炎基因的DSS刺激转录 - Tnf-α，Il6和Cox-2基因，观察到他们的体重减轻和疾病活动指数显着改善，“有村教授在讨论从小鼠的另一个实验中获得的结果时补充道。

此外，甜菜花青素与天然果实成分(如番茄中的番茄红素)的添加和协同作用进一步促进了小鼠模型结肠炎的改善。有趣的是，虽然转基因番茄提取物在100-1000倍稀释度下观察到显着的抗炎作用，但转基因马铃薯的情况并非如此，尽管产生了大量的甜菜素和异贝坦宁。

据推测，其原因是转基因马铃薯中存在未知的拮抗剂，这些拮抗剂对抗βcyanin的抗炎功能，但尚未得到证实。

“转基因生产甜菜花青素的西红柿被发现具有实质性的健康促进作用。尽管存在甜菜根等甜菜碱的天然植物来源，但这些色素在高温和极端pH值下表现出较差的稳定性。这表明产生甜菜青素的转基因番茄系在原始状态下摄入时更有可能作为健康食品有效，“有村教授总结道。

这些发现的潜在应用是什么?他进一步补充说：“虽然日本没有可食用转基因作物的商业种植，但我们预计，通过在封闭的植物工厂和其他设施中生产，它们作为健康食品的应用将导致重组植物在日本的广泛使用。

我们相信，甜菜碱工程将很快成为改善健康食品商业生产的有前途的途径，从而促进食品供应，同时为消费者提供健康益处。