BACTERIËN MAKEN GEHEEL NIEUWE ANTI-OXIDANTEN

Genetisch gemanipuleerde E. coli-bacteriën hebben een heel scala aan anti-oxidanten gemaakt, waarvan enkele nog niet eerder bekend waren uit de natuur (Nature Biotechnology, augustus). Voedingsproducenten staan vooraan in de rij om deze nieuwe en relatief goedkope anti-oxidanten als gezondheidsbevorderende ingrediënten in hun zogeheten functionele voeding te verwerken. De nu gepubliceerde onderzoeken geven nog maar een voorproefje van de grote diversiteit aan moleculen die straks met behulp van metabolic pathway engineering geproduceerd kunnen worden. Deze techniek baseert zich op de introductie van tal van nieuwe enzymen die de stofwisseling van organismen zodanig omgooien dat er totaal nieuwe producten ontstaan.

In de nu gepubliceerde onderzoeken gaat het om carotenoïden, vitamine A-achtige stoffen die, afhankelijk van hun moleculaire structuur, in kleur variëren van geel tot rood, met paarse en bruine varianten. Als anti-oxidanten beschermen ze tegen zuurstofradicalen, agressieve moleculen die schade aanrichten aan onder meer het DNA. Fotosynthetiserende micro-organismen en planten produceren van nature meer dan 600 verschillende carotenoïden. De meeste daarvan worden echter in te kleine hoeveelheden aangemaakt om bruikbaar te zijn als bron voor nieuwe producten. Via metabolic pathway engineering kunnen onderzoekers ze nu wel in ruime hoeveelheden in handen krijgen. Twee teams gebruikten transgene colibacteriën voor hun experimenten. Om Escherichia coli carotenoïden te laten maken, moet het organisme eerst verrijkt worden met twee extra enzymen waarmee het fytoeen kan maken. Fytoeen is een langgerekt molecuul van veertig koolstofatomen, dat als uitgangsstof dient voor de productie van allerlei verschillende carotenoïden.

Duitse en Japanse wetenschappers brachten vervolgens via genetische modificatie nog eens zes nieuwe genen in voor de verdere bewerking van het fytoeen in de bacterie. De proef resulteerde in vier nieuwe carotenoïden die niet eerder in de natuur gevonden zijn of chemisch gemaakt zijn. De onderzoekers onderzochten de nieuwe verbindingen op hun anti-oxidatieve werking en ontdekten dat een daarvan (1-hydroxy-3',4'didehydrolycopeen) veel beter beschermde tegen membraanschade dan tot nu toe bekende vitamine A-achtige stoffen.

Een Amerikaans team pakte het nog geavanceerder aan door de voor enzymen coderende genen in stukken te knippen en vervolgens opnieuw aan elkaar te plakken. Zo verkregen de Amerikanen geheel nieuwe enzymen die leidden tot nieuwe biosynthetische routes in de bacterie. Deze methode werkt, zelfs als er vooraf niet bekend is over de structuur of precieze werkingsmechanisme van de betrokken enzymen. Er onstaat een complex biosynthetisch netwerk waarin opeenvolgende enzymatische omzettingen een scala aan carotenoïden opleveren. Omdat veel van de enzymen een breed werkingsspectrum hebben, zijn ze in verschillende takken van het netwerk actief, hetgeen de diversiteit van carotinoïde producten nog eens vergroot.

Een Israëlisch-Amerikaans team tenslotte slaagde erin om tabaksplanten de rode carotenoïde kleurstof astaxanthine te laten produceren, specifiek in het nectar van de bloem. De bloemen hebben daardoor een rood in plaats van een geel hart. Nieuwe fruit- en bloemkleurvarianten liggen in het verschiet, denken de onderzoekers. Astaxanthine uit algen is de kleurstof die zalm, forel, garnalen en flamingo's hun karakteristieke roze kleur geeft. Gekweekte zalm blijft bij gebrek aan verse algen in het voedsel bleek en zou baat hebben bij toegevoegde kleurstof.

    • Sander Voormolen