Использование силы шафранового цвета для пищевой промышленности и будущей терапии
Шафран — самая дорогая специя в мире. Обычно его получают из рылец цветков Crocus sativa, и для производства одного килограмма требуется 150 000–200 000 цветков. Исследователи из KAUST нашли способ использовать обычное садовое растение для производства активного ингредиента шафрана — соединения с важными терапевтическими и пищевыми применениями.
Цвет шафрана обусловлен кроцинами: водорастворимыми пигментами, производными каротиноидов, процесс образования которых катализируется ферментами, известными как каротиноид-расщепляющие диоксигеназы (CCDs). Кроцины также содержатся, хотя и в гораздо меньших количествах, в плодах Gardenia jasminoides — декоративного растения, используемого в традиционной китайской медицине.
Кроцины обладают высоким терапевтическим потенциалом, включая защиту нервных клеток от деградации, а также антидепрессивными, седативными и антиоксидантными свойствами. Они также играют важную роль в качестве натуральных пищевых красителей.
Сбор и обработка вручную собранных рылец шафрана очень трудоемки. Более того, шафран выращивается только в ограниченных районах Средиземноморья и Азии. Поэтому новые биотехнологические подходы для производства этих соединений в больших количествах очень востребованы.
Исследователи KAUST идентифицировали высокоэффективный фермент CCD из Gardenia jasminoides, который производит предшественник кроцина — кроцетина диальдегид. Они разработали систему для исследования ферментативной активности CCD в растениях и создали подход многогенного инжиниринга для устойчивого биотехнологического производства кроцинов в растительных тканях.
«Фермент, который мы идентифицировали, и стратегия многогенного инжиниринга могут быть использованы для создания устойчивой растительной клеточной фабрики по производству кроцинов в культуре тканей различных видов растений», — говорит ведущий автор исследования Сюнцзе Чжэн.
«Наш биотехнологический подход также можно применять к сельскохозяйственным культурам, таким как рис, для создания обогащенной кроцинами функциональной пищи».
Руководитель группы Салим Аль-Бабили отмечает, что исследование открывает путь для эффективного биотехнологического производства кроцинов и других высокоценных соединений, производных от каротиноидов (апокаротиноидов), в качестве фармацевтических препаратов в зеленых тканях, а также в других богатых крахмалом органах растений. Оно также подчеркивает вклад функционального разнообразия среди генов CCD в независимую эволюцию альтернативных путей биосинтеза апокаротиноидов у разных растений.
«Большая часть наших знаний о ферментативной активности и субстратной специфичности CCD получена из экспериментов с использованием E. coli, модифицированной для производства различных каротиноидов», — говорит он.
«Функциональная характеристика в растениях, например, с использованием трансгенного подхода, как в нашем случае, важна для определения роли CCD в метаболизме каротиноидов и выяснения их реального вклада в формирование профиля каротиноидов/апокаротиноидов».
Эта платформенная технология может быть использована для производства других важных соединений, производных от каротиноидов, включая широко используемые ароматизаторы и красители.
«Её можно использовать, например, для производства сафраналя и пикрокроцина, которые придают шафрану вкус и характерный аромат. Их можно использовать в качестве вкусовых добавок, и они также обладают биоактивным потенциалом, который еще предстоит изучить», — добавляет Чжэн.
Исследование опубликовано в Plant Biotechnology Journal.