2024 Autor: Adelina Croftoon | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 02:03
Biotechnologen des National Institute for Plant Genome Research in Neu-Delhi, Indien, haben gentechnisch veränderte Kartoffeln entwickelt, die 60 % mehr Protein enthalten als normale Knollen
Dabei half ihnen das Gen der Getreidepflanze Amaranth. Laut Wissenschaftlern wird ihre Entwicklung nicht nur Vegetarier vor dem Proteinhunger bewahren.
Ein erheblicher Teil der Bevölkerung unseres Planeten (mehr als eine Milliarde Menschen) hat keine ausreichende Ernährung und leidet vor allem an Proteinmangel. Wie in Tierversuchen und in menschlichen Beobachtungen wiederholt gezeigt wurde, führt ein Proteinmangel in der Nahrung zu einer Verzögerung der körperlichen und geistigen Entwicklung und kann schwere Erkrankungen hervorrufen. Proteinmangelernährung in jungen Jahren ist besonders gefährlich. Der menschliche Körper kann wie andere Tiere nur 11 der 21 Aminosäuren synthetisieren, die für die Synthese von Körperproteinen benötigt werden. Die restlichen zehn sind essentielle Aminosäuren, die eine Person über die Nahrung aufnehmen sollte.
Die Genetik versucht, den Proteingehalt in Nahrungspflanzen auf der ganzen Welt zu erhöhen. Und für Millionen von Menschen, vor allem in Entwicklungsländern, sind Kartoffeln die Grundlage ihrer täglichen Ernährung. Trotz all seiner Vorteile gibt es in Knollen wenig Protein. Daher stellen viele wissenschaftliche Gruppen proteinangereicherte Kartoffeln her.
Gen ausgewählt aus Amaranth
Um den Proteingehalt zu erhöhen, probierten die Wissenschaftler verschiedene Gene aus, die jedoch für den praktischen Einsatz nicht geeignet waren. Indische Genetiker vom National Institute of Plant Genome Research erhielten und untersuchten transgene Kartoffeln mit einem inserierten AmA1-Gen (Amaranth Albumin 1). Dieses Gen wird aus der Getreidepflanze Amaranth gewonnen, wo es eine wichtige Funktion erfüllt – es speichert Protein in den Samen. AmA1-Protein ist in Aminosäuren ausgewogen, sein Nährwert wurde von der WHO genehmigt.
Indische Biologen um Asis Datta haben transgene Kartoffeln aus sieben wirtschaftlich bedeutenden Sorten mit unterschiedlichen Genotypen gewonnen. Dazu wurde ein Konstrukt aus dem AmA1-Gen in Kombination mit dem es aktivierenden Gen in das Pflanzengenom transferiert. Traditionell wurden Agrobakterien für den Transfer verwendet.
Der Versuch zeigte, dass sich transgene Kartoffelpflanzen hinsichtlich ihrer morphologischen Eigenschaften in keiner Weise von gewöhnlichen unterscheiden.
Kartoffeln mit essentiellen Aminosäuren
Wissenschaftler haben herausgefunden, dass das Gen stärker in Knollen, weniger im Stängel und sehr wenig in den Blättern exprimiert wird. In Knollen stimuliert das Amaranth-Gen die Proteinspeicherung. Sie wurde durch die Stickstoffmenge und durch Elektrophorese bestimmt. Bei verschiedenen transgenen Sorten erhöhte sich der Proteingehalt im Vergleich zu konventionellen Sorten um 35-60%. Die Autoren der Arbeit stellen fest, dass frühere Versuche, den Proteingehalt in Kartoffeln zu erhöhen, zu einer Erhöhung von nicht mehr als 35 % führten.
Aminosäureanalysen zeigten, dass transgene Knollen einen erhöhten Gehalt an mehreren essentiellen Aminosäuren aufweisen: Lysin, Tyrosin und schwefelhaltige Aminosäuren, die in gewöhnlichen Kartoffeln knapp sind. Auch der Gehalt an Asparaginsäure, Glutaminsäure, Arginin, Leucin und Isoleucin stieg an. All diese Veränderungen werden durch eine erhöhte Expression des Adamant-Gens für Saatgutvorräte verursacht.
Biologen untersuchten, ob die Proteinanreicherung von Kartoffeln mit einer Zunahme der Biomasse einhergeht. Es stellte sich heraus: Das Trockengewicht der terrestrischen Teile der transgenen Pflanzen übertraf das Gewicht der Kontrollpflanzen um 7–20 %. Dies deutet auf eine Zunahme der Intensität der Photosynthese hin. Das Experiment bestätigte, dass die CO-Nutzung2 transgene Pflanzen steigt um 27%. Wissenschaftler vermuten, dass hier folgender Mechanismus funktioniert: Eine erhöhte Proteinsynthese in transgenen Pflanzen verringert die Zufuhr an freien Aminosäuren, was wiederum zu einer verstärkten Photosynthese führt. In zweijährigen Feldversuchen unter verschiedenen klimatischen Bedingungen fanden indische Genetiker heraus, dass der Ertrag an transgenen Kartoffelknollen um 15-25% höher als üblich ist.
Kartoffeln haben den Ratten nicht geschadet
Die transgene Kartoffel wurde auf ihre Sicherheit an Ratten getestet, die sie drei Monate lang fraßen. Der biochemische Bluttest erwies sich als normal, ebenso wie der Arbeitszustand aller Körpersysteme. Auch das Immunsystem verhielt sich gelassen, bei den Tieren wurden keine Anzeichen einer Allergie beobachtet. Die postmortale histologische Analyse verschiedener Gewebe zeigte keine Anomalien. Wissenschaftler haben sichergestellt, dass das AmA1-Protein durch Enzyme im Magensaft vollständig verdaut wird.
Die von indischen Wissenschaftlern vorgeschlagene Methode zur Verbesserung von Kartoffeln hat sich also als wirksam und sicher erwiesen. Die Autoren des PNAS-Artikels glauben, dass dieses Gen in anderen Kulturen verwendet werden kann.
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