Tomaten, die durch Genmanipulation Vitamin D, das Sonnenscheinvitamin, produzieren, könnten eine einfache und nachhaltige Innovation sein, um ein globales Gesundheitsproblem zu lösen.

Eine Vitamin-D-Tomate und eine Wildtyp-Tomate. Bild: JIC.

Mit Hilfe von Gene Editing schalteten die Forscher ein bestimmtes Molekül im Genom der Pflanze aus, das die Produktion von Provitamin D3 sowohl in den Früchten als auch in den Blättern der Tomatenpflanzen erhöhte. Anschließend wurde es durch die Bestrahlung mit UVB-Licht in Vitamin D3 umgewandelt.

Vitamin D wird in unserem Körper gebildet, wenn die Haut UVB-Licht ausgesetzt ist, aber die wichtigste Quelle ist die Nahrung. Diese neue biofortifizierte Kulturpflanze könnte Millionen von Menschen mit Vitamin-D-Mangel helfen, einem wachsenden Problem, das mit einem höheren Risiko für Krebs, Demenz und vielen führenden Todesursachen in Verbindung gebracht wird. Studien haben auch gezeigt, dass ein Vitamin-D-Mangel mit einem erhöhten Infektionsrisiko durch Covid-19 verbunden ist.

Tomaten enthalten von Natur aus einen der Bausteine von Vitamin D3, das so genannte Provitamin D3 oder 7-Dehydrocholesterin (7-DHC), in ihren Blättern in sehr geringen Mengen. Provitamin D3 reichert sich normalerweise nicht in reifen Tomatenfrüchten an.

Forscher in der Gruppe von Professor Cathie Martin am John Innes Centre verwendeten CRISPR-Cas9-Gene Editing, um den genetischen Code von Tomatenpflanzen so zu verändern, dass sich Provitamin D3 in der Tomatenfrucht anreichert. Die Blätter der bearbeiteten Pflanzen enthielten bis zu 600 ug Provitamin D3 pro Gramm Trockengewicht. Die empfohlene Tagesdosis an Vitamin D beträgt 10 ug für Erwachsene.

Die Blätter der bearbeiteten Pflanzen könnten jedoch für die Herstellung von veganen Vitamin-D3-Präparaten oder für die Anreicherung von Lebensmitteln verwendet werden.

"Wir haben gezeigt, dass man Tomaten mit Hilfe von Gene Editing mit Provitamin D3 biofortifizieren kann, was bedeutet, dass Tomaten als pflanzliche, nachhaltige Quelle für Vitamin D3 entwickelt werden könnten", so Professor Cathie Martin, korrespondierende Autorin der Studie, die in Nature Plants erscheint.

"40% der Europäer leiden an Vitamin-D-Mangel, und das gilt auch für eine Milliarde Menschen weltweit. Wir gehen nicht nur ein riesiges Gesundheitsproblem an, sondern helfen auch den Erzeugern, denn die Tomatenblätter, die derzeit weggeworfen werden, könnten zur Herstellung von Nahrungsergänzungsmitteln aus den genveränderten Linien verwendet werden."

Frühere Forschungsarbeiten 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 auszunutzen, verwendeten die Forscher CRISPR-Cas 9, um dieses Sl7-DR2-Enzym in der Tomate auszuschalten, so dass sich das 7-DHC in der Tomatenfrucht anreichert. Sie maßen den 7-DHC-Gehalt in den Blättern und Früchten dieser editierten Tomatenpflanzen und stellten fest, dass der 7-DHC-Gehalt sowohl in den Blättern als auch in den Früchten der editierten Pflanzen erheblich anstieg.

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 veränderten Pflanzen in Vitamin D3 umgewandelt werden kann, indem sie die Blätter und die aufgeschnittenen Früchte eine Stunde lang mit UVB-Licht bestrahlten. Sie fanden heraus, dass dies der Fall war, und zwar höchst effektiv. Nach der Behandlung mit UVB-Licht zur Umwandlung von 7-DHC in Vitamin D3 enthielt eine Tomate die gleiche Menge an Vitamin D wie zwei mittelgroße Eier oder 28 g Thunfisch - beides empfohlene Vitamin-D-Quellen für die Ernährung. Die Studie besagt, dass der Vitamin-D-Gehalt in reifen Früchten durch eine längere UVB-Bestrahlung, z. B. beim Trocknen in der Sonne, weiter erhöht werden könnte.

Die Blockierung des Enzyms in der Tomate hatte keine Auswirkungen auf Wachstum, Entwicklung oder Ertrag der Tomatenpflanzen. Andere eng verwandte Pflanzen wie Auberginen, Kartoffeln und Paprika haben denselben biochemischen Weg, so dass die Methode auch bei diesen Gemüsearten angewandt werden könnte.

Anfang dieses Monats kündigte die britische Regierung eine offizielle Untersuchung an, um zu prüfen, ob Lebensmittel und Getränke mit Vitamin D angereichert werden sollten, um gesundheitliche Ungleichheiten zu beseitigen.

Die meisten Lebensmittel enthalten wenig Vitamin D, und Pflanzen sind im Allgemeinen sehr schlechte Quellen. Vitamin D3 ist die am besten bioverfügbare Form von Vitamin D und wird im Körper gebildet, wenn die Haut dem Sonnenlicht ausgesetzt ist. Im Winter und in höheren Breitengraden müssen die Menschen Vitamin D mit der Nahrung oder mit Nahrungsergänzungsmitteln zu sich nehmen, da die Sonne nicht stark genug ist, damit der Körper es auf natürlichem Wege bilden 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 unsere allgemeine Gesundheit zu verdeutlichen. Die mit Provitamin D angereicherten Tomaten, die wir hergestellt haben, bieten eine dringend benötigte pflanzliche Quelle für das Sonnenscheinvitamin. Das ist eine gute Nachricht für Menschen, die sich pflanzenreich, vegetarisch oder vegan ernähren, und für die wachsende Zahl von Menschen weltweit, die unter Vitamin-D-Mangel leiden. (JIC)

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