Большинство из нас не едят достаточно фруктов и овощей, но при широком и разнообразном питании дефицит питательных веществ встречается относительно редко. Однако миллиарды людей на Земле не могут позволить себе роскошь широкого и разнообразного питания. Дефицит витамина А, например, является огромной проблемой. По оценкам, 250 000–500 000 детей с дефицитом витамина А ежегодно слепнут, и половина из них умирает в течение 12 месяцев после потери зрения.

Салат, один из наименее привлекательных листовых овощей, может сыграть ключевую роль в этой проблеме. Команда ученых из Института молекулярной и клеточной биологии растений в Валенсии (Испания) разработала новый «Золотой салат», содержащий в 30 раз больше питательных веществ, чем коммерческий салат.

Дефицит витамина А представляет собой широко распространенный кризис здравоохранения, особенно в развивающихся странах, от которого непропорционально сильно страдают дети и недоедающие группы населения во всем мире. Хотя дополнение диеты витамином А или обогащенными продуктами является эффективным решением, этот подход часто недоступен или просто непрактичен.

Многообещающей альтернативой является биофортификация — процесс увеличения содержания питательных веществ в продовольственных культурах.

Листовое решение

В принципе, это не новый подход, он применялся с помощью агрономических методов, таких как селекция, на протяжении тысячелетий. Но в последние годы исследователи применяют более прямой подход, увеличивая количество отдельных питательных веществ с помощью генной инженерии.

Однако усилия по генетической биофортификации обычно сосредотачиваются на нефотосинтезирующих тканях, таких как семена и клубни. На этот раз исследователи сосредоточились на самих листовых частях, увеличив содержание каротиноидов.

Каротиноиды, в том числе бета-каротин (предшественник витамина А), имеют решающее значение для фотосинтеза в растениях. В листьях каротиноиды помогают поглощать свет и защищать хлоропласты от повреждений, вызванных избытком солнечного света. Однако биоинженерия листьев для повышения уровня каротиноидов является сложной задачей, поскольку она рискует нарушить хрупкий баланс между каротиноидами и хлорофиллами, что может отрицательно повлиять на рост растений и фотосинтез.

Исследовательская группа использовала два основных подхода. Первый заключался в выработке бета-каротина в цитозоле (жидкой части) клеток листа, а не в хлоропластах, где происходит фотосинтез. Таким образом, они избегали нарушения баланса каротиноидов в хлоропластах, что могло нанести вред фотосинтезу.

Второй подход был направлен на превращение хлоропластов в хромопласты, которые являются центрами хранения каротиноидов, содержащихся в таких частях растений, как корни моркови и плоды томатов. Для этого исследователи использовали бактериальный фермент crtB, который останавливал фотосинтез хлоропластов и превращал их в места хранения каротиноидов. Объединив обе стратегии, команде удалось повысить уровень бета-каротина в пять раз.

Инновация позволила повысить содержание бета-каротина в модельном растении. Никотиана Бентамиана и съедобный салат (Салат сатива ). Более того, улучшая то, как растения хранят эти питательные вещества, они значительно улучшили биодоступность бета-каротина — ту часть питательного вещества, которую организм может усваивать и использовать.

Свет и салат

В то время как инженерный биосинтез и хранение каротиноидов улучшил уровень бета-каротина, исследователи обнаружили, что воздействие на растения света высокой интенсивности еще больше усиливает результаты. Интенсивный свет способствовал пролиферации пластоглобул — структур, хранящих такие соединения, как каротиноиды. Эти пластоглобулы стали основными местами хранения бета-каротина, а их пролиферация в условиях яркого освещения привела к 30-кратному увеличению биодоступного бета-каротина.

Исследователи выбрали салат, поскольку он является основным продуктом многих диет и уже содержит некоторые каротиноиды, в том числе уникальный лактукаксантин. Тот факт, что салат можно выращивать в самых разных климатических условиях и условиях, делает его еще более перспективным.

Возможно, самое главное, эту технику можно использовать и для различных видов листовой зелени.

Значение этого исследования огромно. Путем биообогащения листовых овощей, таких как салат, исследователи создали масштабируемое решение для улучшения питания, не полагаясь на дорогостоящие добавки или программы обогащения.

Конечно, ГМ-продукты заведомо непопулярны. Классическим примером является томат Flavr Savr, первый генетически модифицированный продукт, одобренный для продажи в США в 1994 году. Он был разработан так, чтобы иметь более длительный срок хранения и лучший вкус за счет подавления гена, вызывающего быстрое гниение томатов. Однако, несмотря на первоначальное волнение, Флавр Савр столкнулся с серьезным сопротивлением со стороны активистов, выступающих против ГМО, и с опасениями по поводу потенциальных рисков для здоровья. Затраты на производство были высокими, а признание потребителей было низким. В конечном итоге помидор был изъят с рынка.

Однако использование света высокой интенсивности для улучшения хранения и биодоступности питательных веществ предлагает практичный и недорогой метод, который может быть принят фермерами во всем мире. Этот подход не требует использования генетически модифицированных организмов (ГМО), что может сделать его более приемлемым в регионах со строгим регулированием ГМ-культур.

Исследование было опубликовано в The Plant Journal.