Астаксантин относится к группе красных пигментов, известных как кетокаротиноиды, которые ценятся не только за свои красящие свойства, но и за исключительную антиоксидантную способность. Эти пигменты не встречаются в природе в большинстве культур, но, заимствуя гены из цветущего родственного растения горицвет летний (Adonis aestivalis), исследователи ввели новый путь биосинтеза кетокаротиноидов в семена Camelina.

Кетокаротиноиды, включая астаксантин, отличаются наличием карбонильной или кетогруппы на одном или обоих кольцах ионона каротиноида. В отличие от других каротиноидов, имеющих желтый или оранжевый оттенок, астаксантин имеет ярко-красный цвет, обусловленный дополнительными сопряженными двойными связями в кетогруппах на его кольцах ионона.

Ряд рыб и ракообразных, которые добываются из рек и океанов, а также из аквакультуры, включая лосося, форель и креветок, накапливают диетический астаксантин, что приводит к характерному красному цвету их мяса. Хотя аквакультура считается более устойчивой системой производства продуктов питания по сравнению с традиционным рыболовством, эта отрасль имеет высокий спрос на астаксантин в качестве кормового компонента.

Этот спрос возникает из-за желания потребителей иметь ярко-красный цвет выбранной выращенной рыбы (например, лосося и форели) и ракообразных (например, креветок и криля). Промышленный спрос также увеличился на использование астаксантина в качестве натурального пищевого красителя. 

Помимо своего цвета, астаксантин приобрел растущий интерес для использования в нутрицевтических и косметических продуктах из-за его мощных антиоксидантных и фотозащитных свойств. Астаксантин обладает примерно в 10 раз большей активностью по удалению свободных радикалов, чем другие каротиноиды, включая β-каротин и зеаксантин, и примерно в 100 раз большей активностью по удалению свободных радикалов, чем α-токоферол.

Кроме того, было показано, что астаксантин подавляет окислительное повреждение клеток, вызванное ультрафиолетом А (UVA), и в 100 раз эффективнее β-каротина в защите от окислительного стресса, вызванного UVA.

В совокупности спрос на производство астаксантина, особенно для использования в аквакультуре, нутрицевтиках, косметике и функциональных продуктах питания, быстро растет из-за его мощной антиоксидантной активности и отличительной пигментации. Прогнозы мирового рынка оценивают, что к 2025 году объем отрасли превысит 1,9 млрд долларов США, а к 2027 году достигнет более 2,2 млрд долларов США.

Пути биосинтеза кетокаротиноидов встречаются только у отдельных видов бактерий, водорослей, грибов и растений, которые предоставляют генетические ресурсы для биотехнологического производства кетокаротиноидов.

В новом исследовании, в отличие от более ранних попыток, в которых использовались бактериальные гены, растительный путь оказался более эффективным и чистым. Он преобразовал почти весь предшественник β-каротина в кетокаротиноиды, причем астаксантин составил более трети от общего количества - достигнув примерно 47 микрограммов на грамм семян.

Важно отметить, что извлеченное масло оказалось значительно более устойчивым к окислению - свойство, которое может быть востребовано в пищевой промышленности для использования в качестве олеогелей в продуктах на растительной основе.

Что особенно важно, модифицированные растения не показали задержки роста или видимых признаков стресса в полевых условиях, и результаты были воспроизведены в течение нескольких вегетационных сезонов как в США, так и в Великобритании.

«Учитывая растущую необходимость поиска натуральных, масштабируемых альтернатив синтетическим добавкам, мы считаем, что этот подход может проложить путь к новому поколению устойчивых масличных культур, богатых пигментами», - сказал доктор Ричард Хаслам из британского Rothamsted Research, один из соавторов исследовательской работы.

Профессор Джонатан Напье прокомментировал: «Команда Ротамстеда была очень рада стать частью этого весьма успешного сотрудничества, результатом которого стали культуры с улучшенными характеристиками. Также здорово испытывать наши прототипы растений в реальных полевых условиях».

Профессор Кахун из Университета Небраски в Линкольне добавил: «Мировой опыт Ротамстеда в полевых испытаниях ГМ рыжика и липидомике имел решающее значение для успеха этого исследования. Мы с нетерпением ждем сотрудничества с исследователями Ротамстеда для коммерциализации этой технологии».

Источник: Rothamsted Research.