Saffraan is 's werelds duurste specerij. Meestal verkregen uit het stigma van Crocus sativa-bloemen, zijn er 150.000-200.000 bloemen nodig om een ​​kilo saffraan te produceren. Nu hebben KAUST-onderzoekers een manier gevonden om een ​​gewone tuinplant te gebruiken om het actieve ingrediënt van saffraan te produceren, een verbinding met belangrijke therapeutische en voedingsindustrietoepassingen.

De kleur van saffraan komt van crocins:in water oplosbare pigmenten die zijn afgeleid van carotenoïden door een proces dat wordt gekatalyseerd door enzymen die bekend staan ​​als carotenoïde splitsingsdioxygenasen (CCD's). Crocins komen ook voor, zij het in veel kleinere hoeveelheden, in de vruchten van Gardenia jasminoides, een sierplant die wordt gebruikt in de traditionele Chinese geneeskunde.

Crocins hebben een hoog therapeutisch potentieel, waaronder hun rol bij het beschermen van neurale cellen tegen afbraak, evenals hun antidepressieve, kalmerende en antioxiderende eigenschappen. Ze spelen ook een belangrijke rol als natuurlijke voedingskleurstoffen.

Het oogsten en verwerken van met de hand geplukte stempels van saffraan is zeer arbeidsintensief. Bovendien wordt saffraan alleen in beperkte gebieden van de Middellandse Zee en Azië verbouwd. Er is dus veel vraag naar nieuwe biotechnologische benaderingen om deze verbindingen in grote hoeveelheden te produceren.

KAUST-onderzoekers identificeerden een zeer efficiënt carotenoïde-splitsingsdioxygenase-enzym uit Gardenia jasminoides dat de crocine-precursor crocetine-dialdehyde produceert. Ze hebben nu een systeem opgezet voor het onderzoeken van CCD-enzymatische activiteit in planten en een multigene engineering-aanpak ontwikkeld voor duurzame biotechnologische productie van crocins in plantenweefsels.

"Het enzym dat we hebben geïdentificeerd en de multigene-engineeringstrategie kunnen worden gebruikt om een ​​duurzame plantencelfabriek op te zetten voor de productie van crocine in weefselkweek van verschillende plantensoorten", zegt hoofdauteur van de studie Xiongie Zheng.

"Onze biotechnologische aanpak kan ook worden gebruikt op gewassen, zoals rijst, om crocine-rijke functionele voeding te ontwikkelen."

Teamleider Salim Al-Babili zegt dat de studie de weg vrijmaakt voor een efficiënte biotechnologische productie van crocins en andere hoogwaardige verbindingen afgeleid van carotenoïden (apocarotenoïden) als geneesmiddelen in groene weefsels en andere zetmeelrijke plantenorganen. Het benadrukt ook de bijdrage van functionele diversificatie tussen CCD-genen aan de onafhankelijke evolutie van alternatieve biosyntheseroutes voor apocarotenoïden in verschillende planten.

"De meeste van onze kennis over CCD enzymatische activiteit en substraatspecificiteit is afkomstig van experimenten met E.coli die is ontwikkeld om verschillende carotenoïden te produceren", zegt hij.

"Functionele karakterisering in planten, bijvoorbeeld door gebruik te maken van een transgene benadering zoals we die hier hebben, is belangrijk voor het afleiden van de rol van CCD's in het carotenoïdemetabolisme en het ontrafelen van hun werkelijke bijdrage aan het carotenoïde/apocarotenoïdepatroon."

De platformtechnologie kan worden gebruikt om andere belangrijke van carotenoïden afgeleide verbindingen te produceren, waaronder veelgebruikte geuren en kleurstoffen.

"Het zou bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt om safranal en picrocrocine te produceren, die aanleiding geven tot de smaak en het karakteristieke aroma van saffraan. Deze kunnen worden gebruikt als smaakadditieven en ze hebben ook een bioactief potentieel in afwachting van exploratie", voegt Zheng toe.

Het onderzoek is gepubliceerd in Plant Biotechnology Journal . + Verder verkennen

Betere verankeringswortels helpen gewassen groeien op arme gronden