Oto sałata przyszłości. Naukowcy ją zaprojektowali i zmienili jej kolor

Badacze przeprowadzili eksperyment z wykorzystaniem technologii CRISPR/Cas9, wyłączając gen DFR odpowiedzialny za czerwony pigment w sałacie, co skutkowało zmianą koloru oraz składu składników odżywczych bez spadku tempa wzrostu rośliny.
Edycja genu spowodowała obniżenie poziomu antocyjanów, lecz jednocześnie zwiększyła produkcję innych flawonoidów o właściwościach antyoksydacyjnych bez negatywnego wpływu na rozwój sałaty w kontrolowanych warunkach farm wertykalnych.
Technologia CRISPR/Cas9 umożliwia precyzyjne modyfikacje DNA roślin, a naukowcy planują dalsze manipulacje genetyczne celem stworzenia warzyw o nowych kolorach, smakach i właściwościach odżywczych.
Więcej podobnych informacji znajdziesz na stronie głównej serwisu, otwiera się w nowym oknie

Badanie przeprowadzono na odmianie czerwonej sałaty Red Fire, popularnej w nowoczesnych farmach wertykalnych i zamkniętych uprawach LED. Naukowcy z Uniwersytetu w Tsukubie w Japonii zastosowali metodę edycji genów CRISPR/Cas9, aby wyłączyć gen DFR odpowiedzialny za produkcję antocyjanów, czyli naturalnych barwników nadających liściom czerwono-purpurowy kolor. To właśnie antocyjany są często kojarzone z wysoką zawartością przeciwutleniaczy i właściwościami prozdrowotnymi. Ku zaskoczeniu badaczy po wyłączeniu genu roślina całkowicie straciła czerwone zabarwienie i stała się intensywnie zielona, ale nie oznaczało to utraty wartości odżywczych.

Zielona sałata po edycji genów zaskoczyła naukowców

Największą niespodzianką okazało się to, co wydarzyło się wewnątrz rośliny. Analiza metabolitów wykazała wyraźny spadek poziomu antocyjanów, ale jednocześnie część zmodyfikowanych linii zaczęła produkować więcej innych flawonoidów. To związki chemiczne, które również mają silne działanie antyoksydacyjne i są badane pod kątem wpływu na ograniczanie stanów zapalnych czy ochronę komórek przed stresem oksydacyjnym. Autorzy publikacji podkreślają, że zmiana jednego genu uruchomiła przebudowę całego szlaku metabolicznego rośliny.

Co ważne, eksperyment nie wykazał zauważalnych strat w rozwoju roślin. Jak można przeczytać w artykule opublikowanym na łamach Frontiers in Genome Editing, badacze sprawdzali między innymi liczbę liści oraz suchą masę pędów. Wyniki sugerują, że wyłączenie genu DFR nie wpłynęło negatywnie na wzrost sałaty w kontrolowanych warunkach uprawy. To kluczowa informacja dla producentów żywności, ponieważ wiele wcześniejszych prób poprawiania wartości odżywczych roślin kończyło się pogorszeniem plonów albo większą podatnością na stres środowiskowy.

Eksperyment przeprowadzono w specjalnych systemach PFAL, czyli fabrykach roślin wykorzystujących sztuczne oświetlenie LED. Takie uprawy zyskują na znaczeniu na całym świecie, ponieważ pozwalają produkować żywność niezależnie od pogody, suszy czy zmian klimatycznych. Problemem pozostają jednak wysokie koszty energii i utrzymania takich obiektów. Dlatego naukowcy coraz częściej próbują tworzyć warzywa o wyższej wartości rynkowej, które będą bardziej atrakcyjne dla konsumentów i producentów jednocześnie.

Naukowcy zbadali sałatęDeposit/East NewsEast News

To nie kolor decyduje już o zdrowotnych właściwościach

Przez lata konsumenci byli przekonywani, że intensywnie czerwone lub fioletowe warzywa są automatycznie zdrowsze. Najnowsze badania pokazują jednak, że sprawa jest bardziej skomplikowana. W przypadku tej sałaty usunięcie czerwonego pigmentu nie oznaczało utraty wszystkich cennych substancji. Wręcz przeciwnie, gdyż roślina zaczęła przekierowywać część zasobów na produkcję innych związków bioaktywnych.

To odkrycie może zmienić sposób projektowania żywności przyszłości. Naukowcy coraz częściej nie próbują już jedynie zwiększać zawartości jednego składnika, ale przebudowywać całe procesy metaboliczne w roślinach. Dzięki temu możliwe staje się tworzenie warzyw dostosowanych do konkretnych potrzeb: bogatszych w antyoksydanty, bardziej odpornych na warunki uprawy albo lepiej nadających się do hodowli w miastach.

W innych badaniach dotyczących czerwonej sałaty wykazano z kolei, że odpowiednie manipulowanie światłem LED może zwiększać poziom witamin rozpuszczalnych w wodzie oraz karotenoidów, jednocześnie obniżając zawartość antocyjanów. To pokazuje, że skład chemiczny warzyw można dziś kontrolować zarówno poprzez edycję genów, jak i warunki oświetlenia.

Tak mogą wyglądać warzywa przyszłości

Technologia CRISPR/Cas9 jest dziś jednym z najważniejszych narzędzi współczesnej biologii. Pozwala precyzyjnie wycinać wybrane fragmenty DNA i modyfikować cechy organizmów szybciej niż tradycyjna hodowla. W przypadku sałaty badacze wykorzystali dwa specjalnie zaprojektowane przewodniki RNA, które celowały w początkową część genu DFR. Dzięki temu udało się uzyskać stabilne linie roślin o zmienionym kolorze i zmodyfikowanym profilu chemicznym.

Choć dla części konsumentów żywność modyfikowana genetycznie nadal budzi kontrowersje, eksperci podkreślają, że CRISPR różni się od klasycznych GMO. W wielu przypadkach nie dodaje się obcych genów z innych organizmów, lecz jedynie wyłącza lub zmienia istniejące fragmenty DNA. To sprawia, że część naukowców uważa tę metodę za bardziej naturalne przyspieszenie procesów, które mogłyby zajść także w tradycyjnej hodowli roślin.

Rynek żywności funkcjonalnej rośnie dziś w błyskawicznym tempie. Konsumenci szukają produktów, które nie tylko zaspokajają głód, ale też wspierają zdrowie, odporność i profilaktykę chorób. Dlatego możliwość projektowania warzyw o określonych właściwościach może w przyszłości stać się jednym z najważniejszych kierunków rozwoju rolnictwa.

Naukowcy już myślą o kolejnych modyfikacjach

Autorzy badania podkreślają, że DFR to dopiero początek. Szlak biosyntezy flawonoidów obejmuje wiele genów odpowiedzialnych za produkcję różnych substancji aktywnych. W przyszłości możliwe będzie tworzenie sałat o zupełnie nowych kolorach, smakach i właściwościach odżywczych. Te same technologie mogą zostać wykorzystane także w przypadku pomidorów, ziół czy owoców uprawianych w farmach wertykalnych.

Co ciekawe, zmodyfikowana sałata nie została stworzona wyłącznie z myślą o wyglądzie. Badacze podkreślają, że celem było opracowanie roślin lepiej dostosowanych do zamkniętych systemów upraw, gdzie każda cecha, od szybkości wzrostu po reakcję na światło, wpływa na opłacalność produkcji. W świecie rosnących kosztów energii i zmian klimatu takie rozwiązania mogą okazać się kluczowe dla bezpieczeństwa żywnościowego.

Era warzyw projektowanych w laboratoriach właśnie przyspiesza. A zielona sałata, która jeszcze niedawno wydawała się mniej wartościowa od czerwonej, może stać się symbolem nowej generacji żywności tworzonej z pomocą inżynierii genetycznej.