Die Kraft der Safranfarbe für Lebensmittel und künftige Therapeutika nutzen
Neue Methode gewinnt den Wirkstoff von Safran aus den Früchten einer in China beliebten Zierpflanze
Safran ist das teuerste Gewürz der Welt. Gewöhnlich wird er aus den Narben der Blüten von Crocus sativa gewonnen, und man braucht 150.000 bis 200.000 Blüten, um ein Kilogramm Safran herzustellen. Jetzt haben Forscher der KAUST einen Weg gefunden, den Wirkstoff des Safrans, eine Verbindung mit wichtigen therapeutischen und lebensmitteltechnischen Anwendungen, aus einer gewöhnlichen Gartenpflanze zu gewinnen.
Ein Team der KAUST hat eine Methode entwickelt, um den Wirkstoff von Safran aus den Früchten einer in China beliebten Zierpflanze, Gardenia jasminoides, zu gewinnen (siehe links). Rechts ist Safran, das teuerste Gewürz der Welt, zu sehen.
2022 KAUST
Die Farbe des Safrans stammt von Krokinen: wasserlösliche Pigmente, die aus Carotinoiden durch einen Prozess gewonnen werden, der von Enzymen katalysiert wird, die als Carotinoid-Spaltungsdioxygenasen (CCDs) bekannt sind. Auch in den Früchten von Gardenia jasminoides, einer Zierpflanze, die in der traditionellen chinesischen Medizin verwendet wird, kommen Krokine vor, wenn auch in viel geringeren Mengen.
Krokine haben ein hohes therapeutisches Potenzial, unter anderem durch ihre Rolle beim Schutz von Nervenzellen vor dem Abbau sowie durch ihre antidepressiven, sedierenden und antioxidativen Eigenschaften. Sie spielen auch eine wichtige Rolle als natürliche Farbstoffe in Lebensmitteln.
Die Ernte und Verarbeitung der handgepflückten Safran-Narben ist sehr arbeitsintensiv. Außerdem wird Safran nur in begrenzten Gebieten des Mittelmeerraums und Asiens angebaut. Daher sind neue biotechnologische Ansätze zur Herstellung dieser Verbindungen in großen Mengen sehr gefragt.
Forscher der KAUST haben ein hocheffizientes Carotinoidspaltungs-Dioxygenase-Enzym aus Gardenia jasminoides identifiziert, das den Crocin-Vorläufer Crocetindialdehyd produziert. Sie haben nun ein System zur Untersuchung der CCD-Enzymaktivität in Pflanzen etabliert und einen Multigen-Engine-Engineering-Ansatz für die nachhaltige biotechnologische Produktion von Crocinen in Pflanzengeweben entwickelt.
"Das Enzym, das wir identifiziert haben, und die Strategie des Multigen-Engine-Engineerings könnten dazu verwendet werden, eine nachhaltige pflanzliche Zellfabrik für die Crocin-Produktion in Gewebekulturen verschiedener Pflanzenarten zu etablieren", sagt Xiongie Zheng, Hauptautor der Studie.
"Unser biotechnologischer Ansatz kann auch bei Nutzpflanzen wie Reis eingesetzt werden, um Crocin-reiche funktionelle Lebensmittel zu entwickeln."
Laut Salim Al-Babili, dem Leiter des Teams, ebnet die Studie den Weg für eine effiziente biotechnologische Produktion von Crocinen und anderen hochwertigen Verbindungen, die von Carotinoiden (Apocarotenoiden) abgeleitet sind, als Arzneimittel in grünem Gewebe sowie in anderen stärkereichen Pflanzenorganen. Außerdem wird der Beitrag der funktionellen Diversifizierung der CCD-Gene zur unabhängigen Evolution alternativer Apocarotenoid-Biosynthesewege in verschiedenen Pflanzen hervorgehoben.
"Der größte Teil unseres Wissens über die enzymatische Aktivität und Substratspezifität von CCD stammt aus Experimenten mit E.coli, die so manipuliert wurden, dass sie verschiedene Carotinoide produzieren", sagt er.
"Eine funktionelle Charakterisierung in Pflanzen, zum Beispiel mit Hilfe eines transgenen Ansatzes, wie wir ihn hier verfolgen, ist wichtig, um die Rolle der CCDs im Carotinoid-Stoffwechsel zu bestimmen und ihren tatsächlichen Beitrag zum Carotinoid/Apocarotenoid-Muster zu entschlüsseln.
Die Plattformtechnologie könnte zur Herstellung anderer wichtiger, von Carotinoiden abgeleiteter Verbindungen verwendet werden, darunter weit verbreitete Duft- und Farbstoffe.
"Sie könnte beispielsweise zur Herstellung von Safranal und Picrocrocin verwendet werden, die für den Geschmack und das charakteristische Aroma von Safran verantwortlich sind. Diese könnten als Geschmackszusätze verwendet werden und haben auch ein bioaktives Potenzial, das noch erforscht werden muss", fügt Zheng hinzu.
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