Betalaini su klasa biljnih pigmenata koji su odgovorni za karakterističnu crveno-ljubičastu (betacijanin) ili žutu (betaksantin) boju određenog voća i povrća. Ovi prirodni pigmenti topivi u vodi i koji sadrže dušik obično se koriste kao bojila za hranu.
Nedavno su rezultati istraživanja iznijeli u prvi plan snažan antioksidativni potencijal betalaina, čineći ih potencijalni kandidati za proizvodnju zdrave hrane i borbu protiv raznih bolesti. Trenutno se betalaini proizvode samo u biljkama reda Caryophyllales i višim gljivama. Stoga je istraženo metaboličko inženjerstvo kako bi se genetski modificirale biljke koje nisu Caryophyllales koje se mogu uzgajati, kako bi se poboljšala proizvodnja i skalabilnost ovih pigmenata.
Iako su transgene biljke koje akumuliraju betalain razvijene tijekom godina, njihova primjena u proizvodnji zdravstvenih izvora hrane tek treba biti istražena.
Kako bi riješili ovaj jaz, zajednički istraživački tim sa Sveučilišta znanosti u Tokiju (TUS) i Iwate Biotechnology Research Center, Japan, predvođen profesorom Gen-ichirom Arimurom s TUS-a, pokušao je genetski modificirati krumpir i biljke rajčice za proizvodnju betacijanina. Njihov je cilj bio ispitati terapijsku učinkovitost rajčica i krumpira koji proizvode betacijanin protiv mišjih modela kolitisa i makrofaga koji izazivaju upalu. Njihova otkrića objavljena su u Biotehnologija i bioinženjering.
Raspravljajući o rezultatima ove studije, prof. Arimura kaže: „Uspješno smo projektirali gomolje krumpira i plodove rajčice za koekspresiju gena biosinteze betacijanina [geni za CYP76AD1 iz Beta vulgaris, DOD (DOPA 4,5-dioksigenaza) i 5GT (ciklo- DOPA 5-O-glukoziltransferaza) iz Mirabilis jalapa] pod kontrolom prikladnih promotora. Ovo je pojačalo endogeno nakupljanje betanina i izobetina – dvije uobičajene vrste betacijanina – u ovom transgenom povrću. Akumulacija tih pigmenata učinila je da izgledaju tamnocrvene boje nakon sazrijevanja, u usporedbi s njihovim divljim tipovima."
Budući da makrofagi igraju važnu ulogu u nekoliko upalne bolesti, tim je dalje testirao terapeutsku učinkovitost ovog transgenog povrća u stanicama nalik makrofagu (RAW264.7), nakon stimulacije imunološkog odgovora lipopolisaharidima (LPS). Primijetili su da ekstrakti transgenog ploda rajčice pokazuju veću protuupalnu aktivnost u usporedbi s njihovim ekvivalentima divljeg tipa.
To se pripisuje smanjenju LPS-stimulirane transkripcije proupalnog citokinskog gena—gena Tnf-α, unutar transgenih stanica.
„Ova su otkrića bila u skladu s protuupalnim učincima transgene rajčice koje smo uočili u crijevima mišjih modela s kolitisom izazvanim dekstran sulfat natrijem (DSS). Zapaženo je značajno poboljšanje u njihovom gubitku tjelesne težine i indeksu aktivnosti bolesti kroz supresiju DSS-stimulirane transkripcije proupalnih gena—geni za Tnf-α, Il6 i Cox-2,” dodaje prof. Arimura, dok raspravlja o dobivenim rezultatima. iz drugog eksperimenta na miševima.
Štoviše, aditivno i sinergijsko djelovanje betacijanina s prirodnim komponentama voća (kao što je likopen u rajčici) dodatno je potaknulo ublažavanje kolitisa u mišjim modelima. Zanimljivo, iako su primijećeni značajni protuupalni učinci s transgenim ekstraktima rajčice u razrjeđenjima od 100 do 1000 puta, to nije bio slučaj s transgenim krumpirom, unatoč značajnoj proizvodnji betanina i izobetina. Nagađa se da je razlog tome prisutnost nepoznatih antagonista u transgenim krumpirima koji djeluju protiv protuupalne funkcije betacijanina, ali to tek treba biti potvrđeno.
“Utvrđeno je da rajčice genetski modificirane za proizvodnju betacijanina imaju značajne učinke na zdravlje. Iako postoje prirodni biljni izvori betalaina kao što je cikla, ti pigmenti pokazuju slabu stabilnost na visokim temperaturama i ekstremnom pH. Ovo ukazuje da je vjerojatnije da će transgene linije rajčice koje proizvode betacijanin biti učinkovitije kao zdrava hrana kada se unose u sirovom stanju,” sažima prof. Arimura.
Nadalje dodaje: "Iako u Japanu nema komercijalnog uzgoja jestivih genetski modificiranih usjeva, očekujemo da će njihova primjena kao zdrave hrane kroz proizvodnju u zatvorenim tvornicama biljaka i drugim pogonima dovesti do široke upotrebe rekombinantnih biljaka u Japanu."