Bioingenieure haben eine Muskelstammzellkultur erhalten, die in der Lage ist, Carotinoide zu synthetisieren – Phytoen, Lycopin und Beta-Carotin. Die antioxidative Aktivität von Carotinoiden verlangsamte den Prozess der Lipidoxidation in der Zellkultur erheblich - dies ist eine der Schlüsselreaktionen, die für die Verschlechterung des Fleischgeschmacks im Laufe der Zeit und eine Verringerung des Nährwerts verantwortlich sind. Die Arbeit wurde in der Fachzeitschrift Metabolic Engineering veröffentlicht.
Die synthetische Biologie von Säugerzellen entwickelt sich heute rasant, aber die überwiegende Mehrheit der Studien widmet sich der Herstellung therapeutischer Proteine und der Erstellung von Modellen zur Untersuchung verschiedener Krankheiten, und Experimenten zur Einführung von Genen von Vertretern wird nur sehr wenig Aufmerksamkeit geschenkt von entfernten Taxa (zum Beispiel Pflanzen) in das Säugetiergenom. Gleichzeitig kann ein solcher Ansatz neue Wege eröffnen, die Qualität des sogenannten synthetischen Fleisches zu verbessern und uns der Lösung des sehr umstrittenen Themas des tierischen Fleischkonsums aus ökologischer, ethischer und wirtschaftlicher Sicht näher zu bringen.
Wissenschaftler der Tufts University unter der Leitung von David L. Kaplan haben dieses Problem angegangen, indem sie Gene für die Carotinoidsynthese in das Genom von Muskelstammzellen von Rindern eingeführt haben. Dazu bearbeiteten sie sie mit dem Transposon-Gentransfersystem Sleeping Beauty und fügten Gene für die Synthese von Carotinoiden aus dem Hauptvorläufer Geranylgeranylpyrophosphat (GGPP) hinzu, das in Säugerzellen als Zwischenprodukt der Cholesterinbiosynthese vorkommt.
In Zellen eingebrachte genetische Konstrukte mit Dornröschen und verwandten Produkten bei der Carotinoid-Biosynthese. In jedem Konstrukt befindet sich auf einer Seite des synthetischen bidirektionalen RBPSA/CMV-Promotors ein Puromycin-Resistenzgen (PuroR) als selektiver Marker, dazwischen Sequenzen von 2A-Peptiden und Reporter-GFP am Ende (eGFP). 2A-Peptide in der Polypeptidkette sind in der Lage, sich selbst zu schneiden, was in diesem Fall letztendlich die Arbeit mehrerer separater Enzyme übernimmt, die in der polycistronischen Sequenz kodiert sind. Ein Konstrukt ohne Zielgene wurde in die Kontrollgruppe von Zellen eingefügt
Um sicherzustellen, dass die transformierten Zellen tatsächlich Carotinoide synthetisieren, führten die Wissenschaftler eine HPLC-Analyse durch und stellten sicher, dass CrtB-Zellen Phytoen produzieren, CrtB / I-Zellen Phytoen und Lycopin und CrtB / I / Y-Zellen Phytoen, Lycopin und Beta-Carotin. Der Gehalt an Carotinoiden in den Zellen betrug 27,8 (CrtB-Zellen), 32,3 (CrtB/I-Zellen) und 3,7 (CrtB/I/Y) Mikrogramm/Gramm Protein. Das Problem ist, dass aus unbekannten Gründen die Synthese von Carotinoiden in der letztgenannten Zellgruppe merklich geringer ist und die Menge an Beta-Carotin (2,08 Mikrogramm / Gramm Protein) nicht einmal die Norm seines Gehalts in Rindfleisch überschreitet - 1,6–2,9 Mikrogramm / Gramm Protein (wir sprechen von exogenem Beta-Carotin, dh von Tieren mit Nahrung aufgenommen).
Um dieses Problem zu beseitigen, wurde beschlossen, die Synthese von Carotinoiden in CrtB/I/Y-Zellen auf zwei Arten zu optimieren. Die erste bestand darin, den Selektionsdruck auf transgene Zellen zu erhöhen: Die Konzentration von Puromycin im Selektionsmedium wurde um das Vierfache erhöht (bis zu 10 Mikrogramm pro Milliliter), da die Wissenschaftler bei einer solchen Konzentration einen Anstieg der GFP-Expression in Abwesenheit signifikanter Veränderungen im Zellüberleben. Der zweite Weg ist die Akkumulation von Carotinoid-Vorläufern durch Hemmung der Cholesterinsynthese durch Ketoconazol (fünf Mikrogramm pro Milliliter). Der Punkt ist, dass sowohl Cholesterin als auch Carotinoide gemeinsame Vorläufer haben, und wenn die Synthese der ersteren unterbrochen wird, haben die Vorläufer eine bessere Chance, dem Carotinoid-Stoffwechselweg zu folgen.
Links: Beta-Carotin-Menge in Zellen in Gegenwart/Abwesenheit von Ketoconazol, mit ein- und vierfacher Puromycin-Konzentration. Rindermuskelstammzellen produzieren unter optimierten Bedingungen 10-mal mehr Beta-Carotin als unter nicht optimierten Bedingungen (22,6 bzw. 2,1 Mikrogramm / Gramm Protein; p <0,05). Rechts: Vergleich des Pigmentierungsgrades verschiedener transformierter Zellen.
Das Hauptziel der Autoren war es, die Ernährungsqualitätsindikatoren transgener Zellkulturen zu verbessern. Sie legen besonderen Wert darauf, die Lipidperoxidation zu verlangsamen, da ihre Produkte zu einer Verkürzung der Haltbarkeit von rohem und gekochtem Fleisch führen und auch die menschliche Gesundheit beeinträchtigen. Um die Wirkung von Carotinoiden als starke Antioxidantien auf diese Prozesse in transgenen Zellen zu bestimmen, maßen die Forscher die Konzentration von Malondialdehyd (MDA, ein charakteristisches Produkt der Lipidperoxidation) roh und gekocht (nach Erhitzen auf 100 Grad Celsius für 10 Minuten) vorher und nachher Lagerung unter kühlen Bedingungen (vier Grad Celsius) für einen und acht Tage.
Es stellte sich heraus, dass in der Kontrollgruppe der Gehalt an Malondialdehyd 2,2 Milligramm pro Gramm Protein für rohe und 4,9 erreichte - für "gekochte" Zellen nach einem Tag Lagerung, nach acht Tagen - 2, 1 und 8,0 Milligramm pro Gramm Protein. beziehungsweise. Bei CrtB-Zellen stieg der MDA-Spiegel im Vergleich zur Kontrolle für rohe Zellen nach einem Tag Lagerung an, aber bei „gekochten“Zellen wurden keine signifikanten Veränderungen beobachtet. Darüber hinaus änderte sich die MDA-Konzentration in den Rohzellen nach acht Tagen Lagerung nicht, jedoch war in den „gekochten“Zellen im Vergleich zur Kontrolle eine signifikant geringere Menge an Malondialdehyd vorhanden. Für CrtB/I- und CrtB/I/Y-Zellen wurde in allen Versuchsvarianten eine Abnahme der Aktivität der Lipidoxidation im Vergleich zur Kontrolle beobachtet.
Die Autoren sehen aufgrund der gewonnenen Ergebnisse große Perspektiven für weitere Forschungen. Zunächst schlagen sie vor, eine endogene Optimierung der Produktion von Carotinoiden durch transgene Zellen mittels gentechnischer Verfahren zu etablieren, um so auf Ketoconazol und hohe Antibiotikakonzentrationen zu verzichten. Sie können auch das Verhältnis der Expression von Enzymen für die Synthese von Carotinoiden regulieren und so ein Spektrum an Zellen mit unterschiedlichen Nähr- und Geschmacksqualitäten erhalten.
Die Beschaffung von künstlichem Fleisch, das in seinen Eigenschaften dem traditionellen nicht nachsteht, vom Moment der Entstehung der Idee an inspiriert Forscher und weckt Hoffnung auf die Lösung globaler Probleme. Es stellte sich jedoch heraus, dass alles nicht so einfach war: Immerhin ist der CO2-Fußabdruck von "sauberem" Fleisch definitiv nicht geringer als der von normalem Fleisch. Lesen Sie über diese und andere Schwierigkeiten in unserem "Reagenzglaskotelett".
