Gesündere Tapiokastärke ist auf dem Weg
Forscher des RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) in Japan haben kürzlich eine gesündere Form von Stärke in der Maniokpflanze entwickelt. Die in der Fachzeitschrift Plant Molecular Biology veröffentlichte Studie zeigt, wie die Verringerung des Gehalts an Stärkeverzweigungsenzymen (SBEs) in Maniokpflanzen die Zusammensetzung von Tapiokastärke verändert, so dass sie widerstandsfähiger gegen die Verdauung und gesünder für uns ist.
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Die meiste Stärke, die wir zu uns nehmen, stammt von Getreidepflanzen wie Reis, Mais und Weizen oder Knollengewächsen wie Kartoffeln und Maniok. Stärke besteht aus zwei Molekülen - Amylose und Amylopektin. Der Unterschied zwischen ihnen besteht darin, dass Amylose eine gerade Kette von Glukosemolekülen ist, die aneinandergereiht sind, während sich die Ketten im Amylopektin wie ein Baum verzweigen. Die Getreidearten, die wir essen, unterscheiden sich durch ihren relativen Anteil an Amylose und Amylopektin. Reisstärke zum Beispiel enthält etwa 35 % Amylose (65 % Amylopektin), während Kassavestärke, die gemeinhin als Tapioka bezeichnet wird, nur etwa 17 % Amylose (82 % Amylopektin) enthält. Normale Stärke, die verzweigtes Amylopektin enthält, wird von den Enzymen im Speichel leicht verdaut. Das klingt gut, aber tatsächlich sind Amylose und weniger verzweigtes Amylopektin gesünder, weil ihre Strukturen der Verdauung widerstehen können. Anstatt uns ungesunde Blutzuckerspitzen zu bescheren, wandert resistente Stärke in unseren Darm, wo sie zur Nahrung für alle guten Bakterien wird, die dort leben und uns gesund halten.
Das RIKEN CSRS-Team konzentrierte sich auf die Maniokpflanze, weil sie oft übersehen wird, obwohl sie eine der wichtigsten Nutzpflanzen in tropischen und subtropischen Regionen ist. "Durch die Unterdrückung mehrerer Gene, eines nach dem anderen, konnten wir die Menge der resistenten Tapioka um etwa 63 % erhöhen", sagt der leitende Forscher Yoshinori Utsumi. "Diese Stärke verbessert nicht nur die Darmfunktion, sondern auch die Blutzucker- und Insulinempfindlichkeit."
Resistente Stärke hat zwei Eigenschaften. Die erste ist Amylopektin mit weniger Verzweigungen und längeren Ketten, was die Verdauung erschwert. Die zweite ist ein geringerer Anteil an Amylopektin insgesamt. Um resistente Stärke zu erzeugen, konzentrierten sich die Forscher auf das Enzym, das zur Bildung der Verzweigungen im Amylopektin beiträgt. Um eine Verzweigung zu bilden, muss sich eine Amylosekette mit der Mitte einer anderen Amylosekette verbinden. Für diese Bindung sind Stärkeverzweigungsenzyme (SBEs) erforderlich. Das Team kam zu dem Schluss, dass die Verringerung der Aktivität dieses Enzyms ein Weg zur Erzeugung resistenter Stärke sein könnte. Daher bestand der erste Schritt darin, die SBE-Gene im Maniokgenom zu identifizieren. Die Analyse ergab drei SBE-Gene mit einigen Subtypen. SBE1 und SBE2a scheinen an der Bildung von Amylopektin in Maniokblättern und -wurzeln beteiligt zu sein, während SBE2c nur in den Wurzeln vorkommt.
Als Nächstes schufen die Forscher mehrere transgene Manioklinien, um sie mit unverändertem Wildtyp-Maniok zu vergleichen. Die erfolgreichsten transgenen Linien waren diejenigen, bei denen sowohl die SBE1- als auch die SBE2-Expression auf etwa 10 % der Wildtyp-Expression reduziert war. Bei der Untersuchung der Faktoren, die die Stärkeresistenz erhöhen, stellten die Forscher fest, dass die Wurzeln von zwei transgenen Linien, bei denen sowohl SBE1 als auch SBE2 reduziert waren, etwa 40 % Amylose enthielten, während der Amylosegehalt von Wildtyp-Cassava etwa 17 % betrug. Diese Linien produzierten auch Wurzel-Amylopektin mit weniger Verzweigungen und längeren Ketten. Insgesamt stieg der prozentuale Anteil der resistenten Tapiokastärke von 0,4 % auf etwa 25 %, also um satte 6300 %, obwohl die Gesamtmenge an Stärke etwas abnahm.
"Wir hoffen, dass unsere Ergebnisse nicht nur die molekulare Züchtung von Maniok vorantreiben, sondern auch zu mehr funktionellen Lebensmitteln führen werden, die die menschliche Gesundheit verbessern", sagt Utsumi. "Nachdem wir nun die Maniokgene für molekular resistente Stärke identifiziert haben, wird der nächste Schritt darin bestehen, die Wirksamkeit dieser Pflanzen und der von ihnen produzierten Tapiokastärke zu überprüfen."
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