Grün-zu-Rot-Transformation von Euglena gracilis unter Verwendung von Bonitostock und intensivem Rotlicht
Wissenschaftler erforschen eine einfache und nachhaltige Methode zur Steigerung des Wachstums und des Carotinoidgehalts einer essbaren Mikroalge
In den letzten Jahren sind die Menschen generell bewusster mit den Lebensmitteln umgegangen, die sie zu sich nehmen. Dank des leichteren Zugangs zu Informationen sowie der öffentlichen Gesundheitskampagnen und der Berichterstattung in den Medien sind sich die Menschen stärker bewusst, wie die Ernährung sowohl mit gesundheitlichen Vorteilen als auch mit chronischen Krankheiten zusammenhängt. Infolgedessen findet in den meisten Ländern ein kultureller Wandel statt, bei dem die Menschen einer gesunden Ernährung Vorrang einräumen. Im Gegenzug steigt die Nachfrage nach gesünderen Lebensmitteln und Nahrungsergänzungsmitteln stetig an.
Im Einklang mit diesen Veränderungen hat Assistenzprofessor Kyohei Yamashita von der Tokyo University of Science (TUS), Japan, über ein halbes Jahrzehnt lang ein vielversprechendes "Superfood" namens Euglena gracilis untersucht. E. gracilis ist eine essbare Mikroalgenart mit einem reichhaltigen Nährstoffprofil und einer einzigartigen Kombination von Vitaminen, Fasern, Lipiden und Proteinen. Wie die meisten anderen photosynthetischen Pflanzen enthält E. gracilis auch Carotinoide - natürliche Substanzen mit einer Vielzahl von gesundheitlichen Vorteilen.
In einer im Jahr 2023 veröffentlichten Studie fand ein Forscherteam der TUS eine einfache Methode, um E. gracilis in einem kostengünstigen Medium (einem festen oder flüssigen Medium, das Nährstoffe enthält und für das Wachstum von Bakterien verwendet wird) auf der Basis von Tomatensaft effizient zu züchten. In einer neuen Studie haben die Forscher nun eine vielversprechende Technik erforscht, um kultivierte E. gracilis dazu zu bringen, mehr Carotinoide zu produzieren, was sie noch nahrhafter macht. Diese Studie, an der Dr. Kengo Suzuki von Euglena Co., Ltd. sowie Professor Tatsuya Tomo und Professor Eiji Tokunaga von der TUS mitgewirkt haben, wurde am 12. Februar 2024 in Band 13, Ausgabe 4 der Zeitschrift Plants veröffentlicht.
Der vorgeschlagene Ansatz ist recht simpel, und so ist auch seine Begründung. Wenn eine Pflanze über einen längeren Zeitraum hinweg einer hohen Lichtintensität ausgesetzt ist, reagiert sie auf Lichtstress. Dies wiederum kann den Organismus veranlassen, Moleküle zu produzieren, die ihn vor weiterer Lichteinwirkung schützen, darunter auch Carotinoide. Ausgehend von diesen Fakten untersuchten die Forscher, ob sie eine solche Reaktion in E. gracilis auslösen können, um das Verhältnis des Carotinoidgehalts zu erhöhen.
Zu diesem Zweck führte das Team eine Reihe von Experimenten mit mehreren Chargen von kultiviertem E. gracilis durch. Sie setzten die Kulturen Licht verschiedener Wellenlängen (oder Farben) und Intensitäten aus und suchten nach einer "Rötungsreaktion", die bei vielen Pflanzenarten ein verräterisches Zeichen für eine höhere Carotinoidproduktion ist. Außerdem testeten sie ein neues Kulturmedium auf der Basis von Bonitobrühe, einer Suppenbrühe, die aus Katsuobushi, einem traditionellen japanischen Gericht aus geräuchertem Bonitofisch, gewonnen wird.
Interessanterweise stellten die Forscher fest, dass eine starke Rotlichtbestrahlung bei 605-660 nm eine Rötungsreaktion bei E. gracilis auslöste, wenn sie in Bonitobrühe gezüchtet wurde. Sie untersuchten auch die chemischen Profile der Kulturen mit Hilfe der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, sowohl auf der Ebene der Kultur als auch der einzelnen Zellen. Diese Analysen ergaben, dass die geröteten Zellen nicht nur eine hohe Konzentration an Diadinoxanthin, dem häufigsten Carotinoid in E . gracilis, aufwiesen, sondern auch ein nicht identifiziertes Carotinoid vom Typ Xanthophyll produzierten. Darüber hinaus stellte das Team fest, dass die Bonitostammkulturen schneller wuchsen und eine höhere Dichte erreichten als Kulturen auf herkömmlichen Nährböden und wahrscheinlich mehr Arten oder Mengen von Carotinoiden produzierten.
Insgesamt könnten die Ergebnisse dieser Studie den Weg für ein innovatives und leicht skalierbares Verfahren zur Aufzucht von nährstoffreichen E. gracilis ebnen. Die Einfachheit der Methode ist sicherlich eine ihrer Stärken, wie Dr. Yamashita bemerkt: "Unser Ansatz erfordert keine genetischen Veränderungen und könnte daher ohne weiteres von der Lebensmittelindustrie übernommen werden, um die Verwendung von E. gracilis sowohl in Lebensmitteln als auch als Nahrungsergänzungsmittel zu erweitern." Bonitobrühe ist ein nahrhaftes Lebensmittel und ihre Verwendung im Nährmedium würde daher zusätzliche gesundheitliche Vorteile bringen.
Abgesehen von den Vorteilen für uns Menschen kann der Anbau von E. gracilis auch der Umwelt helfen. "DieKultivierung von E. gracilis, die relativ wenig Ressourcen benötigt, kann eine nachhaltige Nahrungsquelle sein", erklärt Dr. Yamashita. "Unsere Forschung ist ein wichtiger Schritt in Richtung der Entwicklung neuer Lebensmitteltechnologien, die sowohl aus gesundheitlicher als auch aus ökologischer Sicht zum Leben der Menschen beitragen."
Angesichts der Tatsache, dass sich der Markt für Carotinoide bis zum Jahr 2030 zu einer Multi-Milliarden-Dollar-Industrie entwickeln wird, wird diese Studie dazu beitragen, unser Verständnis der Biosynthesewege für Carotinoide zu vertiefen, was hoffentlich zur Entwicklung nachhaltiger Praktiken bei der Herstellung von Nahrungsergänzungsmitteln und neuen Lebensmitteln führen wird.
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