Биотехнологи из Национального института исследований растительного генома в Нью-Дели (Индия) вывели генетически модифицированный картофель, в котором содержится на 60% больше белка, чем в обычных клубнях.
Помог им в этом ген злакового растения амаранта. По словам ученых, их разработка спасет от белкового голодания не только вегетарианцев.
Значительная часть населения нашей планеты (более миллиарда человек) не имеет полноценного питания и больше всего страдает от дефицита белка. Как было неоднократно показано в экспериментах на животных и в наблюдениях за людьми, недостаток белка в рационе вызывает задержку физического и умственного развития и может провоцировать серьезные заболевания. Особенно опасно белковое недоедание в раннем возрасте. Организм человека, как и других животных, может синтезировать только 11 из 21 аминокислоты, необходимой для синтеза белков тела. Оставшиеся десять — незаменимые аминокислоты, которые человек должен получать с пищей.
Повышать содержание белка в пищевых культурах генетики стараются по всему миру. А для миллионов людей, особенно в развивающихся странах, основой ежедневного рациона служит картошка. При всех ее достоинствах в клубнях мало белка. Поэтому множество научных групп создают обогащенный белком картофель
Выбран ген из амаранта
Чтобы повысить содержание белка, ученые перепробовали разные гены, но они не подошли для практического использования. Индийские генетики из Национального института изучения растительного генома (National Institute of Plant Genome Research) получили и изучили трансгенный картофель с встроенным геном AmA1 (Amaranth Albumin 1). Этот ген получен из зернового растения амаранта, где он выполняет важную функцию — запасает белок в семенах. Белок AmA1 отличается сбалансированностью по аминокислотам, его пищевая ценность была одобрена ВОЗ.
Индийские биологи под руководством Азизы Датта (Asis Datta) получили трансгенный картофель из семи экономически важных сортов с разным генотипом. Для этого в геном растения перенесли конструкцию из гена AmA1 в комплексе с геном, активирующим его. Для переноса традиционно использовали агробактерии.
Как показал эксперимент, трансгенные растения картофеля по морфологическим признакам ничем не отличались от обычных.
Картошке добавили незаменимых аминокислот
Ученые выяснили, что ген в большей степени экспрессируется в клубнях, в меньшей степени – в стебле и совсем мало – в листьях. В клубнях амарантовый ген стимулирует запасание белка. Его определяли по количеству азота и методом электрофореза. В разных трансгенных сортах содержание белка по сравнению с обычными сортами увеличилось на 35-60%. Авторы работы отмечают, что прежние попытки повышения содержания белка в картофеле приводили не более чем к 35-процентному увеличению.
Аминокислотный анализ показал, что в трансгенных клубнях повышено содержание нескольких незаменимых аминокислот: лизина, тирозина и серосодержащих аминокислот, которых мало в обычном картофеле. Также увеличилось содержание аспарагиновой кислоты, глутаминовой кислоты, аргинина, лейцина и изолейцина. Все эти изменения вызваны повышенной экспрессией адамантового гена семенных запасов.
Биологи посмотрели, не сопровождается ли белковое обогащение картофеля повышеннием биомассы. Оказалось, так и есть: сухая масса наземных частей трансгенных растений превышала массу контрольных растений на 7-20%. Это свидетельствует о повышении интенсивности фотосинтеза. Эксперимент подтвердил, что утилизация СО2 трансгенными растениями возрастает на 27%. Ученые предполагают, что здесь работает такой механизм: усиленный синтез белка в трансгенных растениях истощает запас свободных аминокислот, а это, в свою очередь, ведет к усиленному фотосинтезу. В двухлетних полевых экспериментах, проведенных в разных климатических условиях, индийские генетики выяснили, что урожай трансгенных картофельных клубней на 15-25% больше, чем обычных.
Крысам картошка не навредила
Проверку трансгенного картофеля на безопасность провели на крысах, которые ели его три месяца. Биохимический анализ крови оказался в норме, как и состояние работы всех систем организма. Иммунная система также вела себя спокойно, никаких признаков аллергии у животных не наблюдалось. Посмертный гистологический анализ разных тканей не показал отклонений от нормы. Ученые удостоверились, что белок AmA1 полностью переваривается ферментами желудочного сока.
Так что предложенный индийскими учеными способ улучшения картофеля продемонстрировал свою эффективность и безопасность. Авторы статьи в PNAS считают, что данный ген можно будет использовать и в других культурах.