Trang bị cho rau những đặc tính kháng viếm bằng cách sử dụng sắc tố thực vật

A) Các kiểu hình của quả thuộc dòng cà chua dại (Tw) và cà chua chuyển gen betalain (Tb) trong quá trình phát triển của quả. B) Mức độ phiên mã của Tnf (gen tiền viêm) trong ruột kết của chuột bị viêm đại tràng do DSS thấp hơn ở chuột được điều trị bằng Chiết xuất Tb và nước hỗn hợp Tw/Bet, so với những con chuột chỉ dùng DSS. Nguồn: Gen-ichiro Arimura từ Đại học Khoa học Tokyo.

Betalain là một loại sắc tố thực vật chịu trách nhiệm tạo ra màu đỏ tím đặc trưng (betacyanin) hoặc màu vàng (betaxanthin) của một số loại trái cây và rau quả. Những sắc tố tự nhiên, hòa tan trong nước và chứa nitơ này thường được sử dụng làm chất tạo màu thực phẩm.

Gần đây, các kết quả nghiên cứu đã đưa tiềm năng chống oxy hóa mạnh mẽ của betalain lên hàng đầu, khiến chúng trở thành ứng cử viên triển vọng để sản xuất thực phẩm tốt cho sức khỏe và chống lại các bệnh khác nhau. Hiện tại, betalain chỉ được sản xuất ở thực vật thuộc bộ Caryophyllales và nấm bậc cao. Do đó, kỹ thuật trao đổi chất đã được khám phá để biến đổi gen thực vật không phải Caryophyllales có thể canh tác được, để tăng cường sản xuất và khả năng nhân rộng của các sắc tố này.

Mặc dù thực vật tích lũy betalain biến đổi gen đã được phát triển trong nhiều năm, nhưng ứng dụng của chúng trong sản xuất nguồn thực phẩm chăm sóc sức khỏe vẫn chưa được khám phá.

Để giải quyết khoảng cách này, một nhóm nghiên cứu hợp tác từ Đại học Khoa học Tokyo (TUS) và Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ sinh học Iwate, Nhật Bản, do giáo sư Gen-ichiro Arimura từ TUS đứng đầu, đã cố gắng biến đổi gen cây khoai tây và cà chua để sản xuất betacyanin. Mục đích của họ là kiểm tra hiệu quả điều trị của cà chua và khoai tây sản xuất betacyanin chống lại các mô hình viêm đại tràng ở chuột và các đại thực bào gây viêm. Phát hiện của họ đã được đăng trên tạp chí Biotechnology & Bioengineering.

Thảo luận về kết quả của nghiên cứu này, giáo sư Arimura cho biết: "Chúng tôi đã biến đổi gen thành công củ khoai tây và quả cà chua để cùng biểu hiện các gen sinh tổng hợp betacyanin [gen cho CYP76AD1 từ Beta Vulgaris, DOD (DOPA 4,5-dioxygenase) và 5GT (cyclo- DOPA 5-O-glucosyltransferase) từ Mirabilis jalapa] dưới sự kiểm soát của các chất xúc tiến thích hợp. Điều này đã tăng cường sự tích tụ nội sinh của betanin và isobetanin, là hai loại betacyanin phổ biến, trong các loại rau chuyển gen này. Sự tích tụ của các sắc tố này làm cho chúng có màu đỏ sẫm trong màu sắc khi trưởng thành, so với các đối tác kiểu hoang dã của chúng".

Do đại thực bào đóng vai trò quan trọng trong một số bệnh viêm nhiễm nên nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm thêm hiệu quả điều trị của các loại rau biến đổi gen này trong các tế bào giống như đại thực bào (RAW264.7), sau khi kích thích phản ứng miễn dịch bằng lipopolysacarit (LPS). Họ quan sát thấy rằng chất chiết xuất từ quả cà chua biến đổi gen có hoạt tính chống viêm cao hơn so với các chất chiết xuất từ cà chua dại.

Điều này được cho là do sự giảm phiên mã được kích thích bằng LPS của gen cytokine tiền viêm, một gen Tnf-α, trong các tế bào chuyển gen.

Giáo sư Arimura cho biết thêm: "Những phát hiện này phù hợp với tác dụng chống viêm của cà chua biến đổi gen mà chúng tôi đã quan sát thấy trong ruột của các mô hình chuột bị viêm đại tràng do dextran sulfat natri (DSS). Một sự cải thiện rõ rệt trong việc giảm trọng lượng cơ thể của chúng và chỉ số hoạt động của bệnh đã được quan sát thấy thông qua sự ức chế phiên mã được kích thích bởi DSS của các gen tiền viêm, như các gen cho Tnf-α, Il6 và Cox-2,", trong khi thảo luận về các kết quả thu được từ thí nghiệm khác ở chuột.

Hơn nữa, hoạt động cộng hưởng và hiệp đồng của betacyanin với các thành phần trái cây tự nhiên (chẳng hạn như lycopene trong cà chua) đã thúc đẩy hơn nữa việc cải thiện bệnh viêm đại tràng trong các mô hình chuột. Điều thú vị là, trong khi các tác dụng chống viêm đáng kể đã được quan sát thấy với chất chiết xuất từ cà chua biến đổi gen ở độ pha loãng 100–1000 lần, thì điều này lại không xảy ra với khoai tây biến đổi gen, mặc dù sản xuất ra betanin và isobetanin đáng kể. Lý do cho điều này được suy đoán là sự hiện diện của chất đối kháng chưa biết trong khoai tây chuyển gen có tác dụng chống lại chức năng chống viêm của betacyanin, nhưng vẫn chưa được xác nhận.

Giáo sư Arimura tóm tắt: "Cà chua biến đổi gen để sản xuất betacyanin đã được phát hiện là có tác dụng tăng cường sức khỏe đáng kể. Mặc dù có sự tồn tại các nguồn betalain thực vật tự nhiên như củ dền, nhưng các sắc tố này thể hiện tính ổn định kém ở nhiệt độ cao và độ pH khắc nghiệt. Điều này cho thấy các dòng cà chua chuyển gen sản xuất betacyanin có nhiều khả năng hơn để có hiệu quả như thực phẩm tốt cho sức khỏe khi ăn ở trạng thái thô".

Ông nói thêm: "Mặc dù không có việc trồng trọt thương mại cây trồng biến đổi gen có thể ăn được ở Nhật Bản, nhưng chúng tôi hy vọng rằng ứng dụng của chúng như thực phẩm tốt cho sức khỏe thông qua sản xuất trong các nhà máy khép kín và các cơ sở khác sẽ dẫn đến việc sử dụng rộng rãi cây tái tổ hợp ở Nhật Bản".

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Phys.org