ГМ-томати навчилися накопичувати провітамін D 3
Модифікація геному томату, яка заблокувала експресію 7-дегідрохолестеринредáази, призвела до накопичення в них провітаміну D - 7-дегідрохолестерину. Після опромінення мутантних плодів ультрафіолетом вміст вітаміну D3 в одному стиглому червоному томаті сягнув 20 відсотків від добової потреби людини. Дослідження опубліковано в журналі.
У багатьох вітамінів є біохімічні попередники - провітаміни. Щоб стати повноцінними, провітаміни проходять через ряд біохімічних реакцій. Так, попередник вітаміну D3 - 7-дегідрохолестерин - при впливі ультрафіолету перетворюється на шкірі на повноцінний вітамін D3. Однак продуктів такого синтезу зазвичай не вистачає, щоб покрити потреби організму у вітаміні, тому основним джерелом як провітаміну, так і вітаміну D вважається повноцінне харчування.
На даний момент у світі налічується близько мільярда осіб, у яких спостерігається недостатність вітаміну D, і, як вважають експерти, в майбутньому це число буде тільки збільшуватися через обмежений доступ до продуктів харчування. Відомо, що рослини не вважаються багатим джерелом вітаміну D3 (на відміну від риби або м'яса), а гриби і дріжджі здатні синтезувати лише вітамін D2, який володіє меншою біоактивністю порівняно з вітаміном D3.
Відомо, що 7-дегідрохолестерин міститься в листях томатів, але він не накопичується в них. Він служить проміжною ланкою в утворенні стероїдних глікоалкалоїдів: томатінів у зелених плодах та ескулеозидів у стиглих плодах. Однак той факт, що для утворення цих глікоалкалоїдів існує дублюючий шлях, в якому беруть участь фітостерол і брассиностероїди, дозволяє висунути гіпотезу про те, що можливо перемкнути синтез глікоалкалоїдів з метаболізму 7-дегідрохолестерин (тим самим збільшивши його накопичення) на резервні біохімічні шляхи.
Кеті Мартін (Cathie Martin) з Дослідницького парку Норіджа з колегами припустила, що якщо заблокувати фермент 7-дегідрохолестеринредáазу, який відповідає за перетворення 7-дегідрохолестерину в альфа-томатин, то 7-дегідрохолестерин буде накопичуватися в листях і плодах томата. При цьому біосинтез фітостеролу і брассиностероїдів страждати від цього не буде.
За допомогою технології CRISPR-Cas9 вчені відключили ген, який відповідає за експресію 7-дегідрохолестеринредáази. Зниження активності ферменту не позначилося на зростанні, розвитку і врожайності томатів. Також воно не вплинуло на метаболізм фітостеролу, що підтвердилося однаковими рівнями стигмастеролу (кінцевого продукту фітостерольного шляху в томаті) в листях генетично не зміненого (дикого типу) томата і відредагованих ліній.
У рослин дикого типу вчені знаходили 7-дегідрохолестерин тільки в незрілих зелених плодах. Зниження активності 7-дегідрохолестеринредáази призводило до істотного збільшення рівнів 7-дегідрохолестерину як в зелених плодах, так і в листях. У зрілих плодах мутантів рівень 7-дегідрохолестерину був нижчим, ніж у зелених, однак при дії ультрафіолетового світла утворювалася кількість вітаміну D3 еквівалентна кількості вітаміну в двох курячих яйцях середнього розміру або 28 грамах тунця.
На знімку, зробленому за допомогою матрично-активованої лазерної десорбції/іонізації (MALDI), видно, що в мутантних томатах 7-дегідрохолестерин розподілявся як у м'якоті, так і в шкірці. Також MALDI-візуалізація показала, що рівень альфа-томатину в мутантних зелених плодах нижчий, ніж у зелених плодах рослин дикого типу. Така ж ситуація склалася і з листям мутантних ліній. Крім того, зниження рівнів глікоалкалоїдів відбулося і в зрілих плодах мутантних рослин. Втім, зниження вмісту альфа-томатину можна вважати корисним через його токсичну активність.
Рівні холестерину в мутантних плодах і листях були вищими, ніж у контролі. Вчені припускають, що блок біосинтезу глікоалкалоїдів компенсується ферментами фітостерольного шляху, які підтримують вироблення холестерину. Це не призводить до значних компенсаторних змін в експресії генів, що кодують ферменти обох шляхів, що підтверджується кількісною ПЛР зі зворотною транскрипцією.
Щоб дізнатися, наскільки добре 7-дегідрохолестерин може перетворюватися на вітамін D3, вчені протягом години опромінювали мутантні плоди ультрафіолетом. Найбільше вітаміну утворилося в листях: на один грам сухої маси припадало 200 мікрограм вітаміну. У зелених плодах концентрація вітаміну досягла 0,3 мікрограма на один грам сухої маси і 0,2 мікрограма на один грам сухої маси дісталося зрілим червоним плодам.
Якщо вважати, що суха маса помідора середнього розміру дорівнює приблизно 8-10 грамам, то при тих рівнях вітаміну D3, які утворилися в мутантних томатах, один зелений помідор покриває 30 відсотків добової норми вітаміну, а червоний - 20 відсотків. Можливо, концентрацію вітаміну в стиглих фруктах можна збільшити при додатковому впливі ультрафіолетового випромінювання, наприклад, під час сушіння на сонці.
Таким чином, вчені вважають, що введення таких генномодифікованих томатів у широке споживання допоможе впоратися з глобальною проблемою недостатності вітаміну D. Крім того, високий вміст вітаміну в листях мутантних особин робить їх потенційною новою сировиною для виробництва добавок з вітаміном D.
Вітамін D дійсно важливий біохімічний агент, який бере участь у неозоромно великій кількості процесів у нашому організмі. Однак часом йому намагаються приписати «подвиги», які на повірку виявляються не заслуженими. Нещодавно ми розповідали, що зниження ризику інфекції дихальних шляхів при щоденному прийомі вітаміну виявилося не таким і великим, а при депресії він і зовсім виявився не ефективнішим плацебо.