Овощи с противовоспалительными свойствами благодаря растительным пигментам

Беталаины — класс растительных пигментов, ответственных за характерный красно-фиолетовый (бетацианины) или желтый (бетаксантины) цвет некоторых фруктов и овощей. Эти природные, водорастворимые, содержащие азот пигменты часто используются как пищевые красители.

Недавние исследования выявили сильный антиоксидантный потенциал беталаинов, что делает их перспективными кандидатами для создания продуктов здорового питания и борьбы с различными заболеваниями. В настоящее время беталаины производятся только растениями порядка Caryophyllales и высшими грибами. Поэтому для повышения производства и масштабируемости этих пигментов исследуется метаболическая инженерия для генетической модификации культивируемых растений, не относящихся к Caryophyllales.

Хотя трансгенные растения, накапливающие беталаины, разрабатывались годами, их применение для создания ресурсов пищевых продуктов для здоровья еще не изучено.

Чтобы восполнить этот пробел, совместная исследовательская группа из Токийского университета науки (TUS) и Исследовательского центра биотехнологий Ивате (Япония) под руководством профессора Гэн-итиро Аримуры из TUS попыталась генетически модифицировать растения картофеля и томата для производства бетацианинов. Их целью было проверить терапевтическую эффективность томатов и картофеля, производящих бетацианины, на мышиных моделях колита и воспалительных макрофагах. Результаты опубликованы в Biotechnology & Bioengineering.

Обсуждая результаты, профессор Аримура говорит: «Мы успешно создали клубни картофеля и плоды томата, совместно экспрессирующие гены биосинтеза бетацианинов [гены CYP76AD1 из Beta vulgaris, DOD (DOPA 4,5-диоксигеназа) и 5GT (цикло-DOPA 5-O-глюкозилтрансфераза) из Mirabilis jalapa] под контролем подходящих промоторов. Это усилило эндогенное накопление бетанина и изобетанина — двух распространенных типов бетацианинов — в этих трансгенных овощах. Накопление этих пигментов придало им темно-красный цвет при созревании по сравнению с их дикими аналогами».

Поскольку макрофаги играют важную роль во многих воспалительных заболеваниях, команда далее проверила терапевтическую эффективность этих трансгенных овощей в клетках, подобных макрофагам (RAW264.7), после стимуляции иммунного ответа липополисахаридами (LPS). Они наблюдали, что экстракты трансгенного плода томата проявляли более высокую противовоспалительную активность по сравнению с их дикими аналогами.

Это было связано со снижением LPS-стимулированной транскрипции гена провоспалительного цитокина — гена Tnf-α, в трансгенных клетках.

«Эти результаты согласуются с противовоспалительными эффектами трансгенного томата, которые мы наблюдали в кишечнике мышиных моделей с колитом, индуцированным декстрансульфатом натрия (DSS). Было отмечено значительное улучшение потери массы тела и индекса активности заболевания за счет подавления DSS-стимулированной транскрипции провоспалительных генов — генов Tnf-α, Il6 и Cox-2», — добавляет профессор Аримура, обсуждая результаты другого эксперимента на мышах.

Более того, аддитивное и синергетическое действие бетацианинов с природными компонентами плодов (такими как ликопин в томате) дополнительно усиливало улучшение состояния при колите у мышиных моделей. Интересно, что хотя значительные противовоспалительные эффекты наблюдались с экстрактами трансгенных томатов при разведении в 100–1000 раз, этого не происходило с трансгенным картофелем, несмотря на существенное производство бетанина и изобетанина. Предполагается, что причина в наличии неизвестных антагонистов в трансгенном картофеле, которые противодействуют противовоспалительной функции бетацианинов, но это еще предстоит подтвердить.

«Было обнаружено, что томаты, генетически модифицированные для производства бетацианинов, обладают существенными полезными для здоровья эффектами. Хотя природные растительные источники беталаинов, такие как свекла, существуют, эти пигменты демонстрируют низкую стабильность при высоких температурах и экстремальных значениях pH. Это указывает на то, что трансгенные линии томатов, производящие бетацианины, с большей вероятностью будут эффективны в качестве продуктов здорового питания при употреблении в сыром виде», — резюмирует профессор Аримура.

Он добавляет: «Хотя в Японии нет коммерческого выращивания съедобных генетически модифицированных культур, мы ожидаем, что их применение в качестве продуктов здорового питания через производство в закрытых растительных фабриках и других объектах приведет к широкому использованию рекомбинантных растений в Японии».