Chinesische Wissenschaftler haben es geschafft, Reis genetisch so zu verändern, dass er Coenzym Q10 (CoQ10) produziert, ein Molekül, das für die menschliche Gesundheit essentiell ist. Dieser Durchbruch könnte den Ernährungsansatz revolutionieren, indem er eine pflanzliche Quelle reich an CoQ10 bietet.
Unter der Leitung von Professor Chen Xiaoya und Professor Gao Caixia hat das Team gezielte Genbearbeitung verwendet, um fünf Aminosäuren des Coq1-Enzyms im Reis zu verändern. Diese Modifikation ermöglichte die Entwicklung von Reissorten, die in der Lage sind, CoQ10 zu synthetisieren, ein Molekül, das entscheidend für den Herzschutz ist und als fettlösliches Antioxidans wirkt.
CoQ10 spielt eine Schlüsselrolle in der mitochondrialen Elektronentransportkette. Während Menschen CoQ10 natürlich synthetisieren, produzieren Getreide wie Reis hauptsächlich CoQ9, dem eine Isopren-Einheit fehlt. Dieser Unterschied motivierte die Forscher, Wege zu erforschen, um den CoQ10-Gehalt in pflanzlichen Lebensmitteln zu erhöhen.
Dank umfangreicher Pflanzensammlungen analysierten die Forscher über 1.000 Arten von Landpflanzen. Sie entdeckten, dass CoQ10 ein ursprüngliches Merkmal von Blütenpflanzen ist, aber einige Pflanzenfamilien, wie Gräser, produzieren hauptsächlich CoQ9. Der Einsatz von maschinellem Lernen ermöglichte die Identifizierung von fünf Aminosäurestellen, die für die Kettenlänge entscheidend sind.
Nach der Genbearbeitung synthetisierten die Reispflanzen hauptsächlich CoQ10, mit einer Produktion von bis zu 5 µg pro Reiskorn. Dieser Erfolg zeigt die Effizienz und Sicherheit der Genbearbeitung für die Verbesserung von Nutzpflanzen.
Die Entwicklung von Reis, der CoQ10 produziert, eröffnet neue Perspektiven, um die Ernährung mit diesem essentiellen Molekül anzureichern. Diese Studie zeigt auch, wie Big Data und künstliche Intelligenz für die genetische Verbesserung von Nutzpflanzen genutzt werden können.
Diese Innovation könnte einen erheblichen Einfluss auf die öffentliche Gesundheit haben, indem sie eine erschwingliche und nachhaltige Nahrungsquelle für CoQ10 bietet. Sie stellt einen wichtigen Schritt in der Nutzung von Spitzentechnologien zur Bewältigung globaler Ernährungsherausforderungen dar.
Was ist Coenzym Q10 (CoQ10)?
Coenzym Q10, oder CoQ10, ist ein Molekül, das in allen Zellen des menschlichen Körpers vorkommt. Es spielt eine entscheidende Rolle bei der Energieproduktion in den Mitochondrien, den Kraftwerken der Zellen.
Neben seiner Rolle in der Elektronentransportkette wirkt CoQ10 als starkes Antioxidans. Es schützt die Zellen vor oxidativen Schäden, die zu verschiedenen Krankheiten, einschließlich Herzerkrankungen, führen können.
CoQ10 wird natürlich vom menschlichen Körper synthetisiert, aber seine Produktion nimmt mit dem Alter ab. Daher werden CoQ10-Ergänzungen oft für ältere Menschen oder Personen mit bestimmten Krankheiten empfohlen.
Nahrungsquellen von CoQ10 umfassen Fleisch, Fisch und Nüsse. Die Menge an CoQ10 in diesen Lebensmitteln ist jedoch relativ gering, was die Entwicklung von mit CoQ10 angereicherten Lebensmitteln, wie genetisch verändertem Reis, interessant macht.
Wie funktioniert Genbearbeitung in Pflanzen?
Genbearbeitung ist eine Technologie, die es ermöglicht, das Genom eines Organismus präzise zu verändern. Sie verwendet Werkzeuge wie CRISPR-Cas9, um DNA an bestimmten Stellen zu schneiden, wodurch Gene hinzugefügt, entfernt oder verändert werden können.
Im Fall von Reis, der CoQ10 produziert, verwendeten die Forscher Genbearbeitung, um fünf Aminosäuren des Coq1-Enzyms zu verändern. Diese Modifikation ermöglichte es dem Reis, CoQ10 statt CoQ9 zu synthetisieren.
Genbearbeitung bietet mehrere Vorteile gegenüber traditionellen Pflanzenzüchtungsmethoden. Sie ist präziser, schneller und kann verwendet werden, um spezifische Eigenschaften einzuführen, ohne andere Merkmale der Pflanze zu beeinflussen.
Diese Technologie hat das Potenzial, die Landwirtschaft zu revolutionieren, indem sie die Entwicklung nahrhafterer, krankheitsresistenter und an den Klimawandel angepasster Nutzpflanzen ermöglicht.
Quelle: Cell