Genetisch veränderte Mikroben erzeugen Vitamine, die Knochen und Herz stärken.

Diese Entdeckung könnte die Ernährung grundlegend verändern. Einem Forscherteam des Synthetic Biology Institute der Rice University in Texas (USA) ist etwas gelungen, was jahrelang als nahezu unmöglich galt: Bakterien gentechnisch so zu verändern, dass sie Vitamin K2 in nie zuvor erreichten Mengen produzieren .

Dieses Vitamin, auch als Menachinon bekannt, ist für die Erhaltung starker Knochen und eines gesunden Herzens unerlässlich, doch es war schon immer schwierig, es in großem Maßstab zu gewinnen: Es ist teuer und seine Produktion war stets begrenzt. Dank eines innovativen Ansatzes, der Biosensoren, mathematische Modellierung und Genomeditierung kombiniert, ist es Wissenschaftlern nun gelungen, diese Barrieren zu durchbrechen, indem sie dieses Vitamin in Bakterien wie Lactococcus lactis produzieren, das häufig bei der Fermentation von Milchprodukten verwendet wird.

Obwohl es für viele Körperfunktionen eine wichtige Rolle spielt, ist es für Knochen und Blutgerinnung lebenswichtig. Es ist ein fettlösliches Vitamin: Es reichert sich im Fettgewebe an und seine Aufnahme erfordert gesunde Fette in der Ernährung. Vitamin K2 ist vielleicht weniger bekannt als Vitamin K1 (Phyllochinon), das in grünem Blattgemüse vorkommt . Es stärkt und mineralisiert die Knochen, beugt Arterienverkalkung vor, senkt das Herz-Kreislauf-Risiko und verbessert die Stoffwechselgesundheit und die Zelllebensdauer.

Trotz all dieser positiven Aspekte für unsere Gesundheit ist es kein Vitamin, das in unserer Ernährung reichlich vorhanden ist und das wir normalerweise durch Nahrungsergänzungsmittel oder fermentierte Lebensmittel wie Natto , das sogenannte japanische Superfood aus Sojabohnen, die durch das Bakterium Bacillus subtilis fermentiert werden.

Wie kann dieses Vitamin in Massen produziert werden?

Eine der natürlichen Grenzen der Vitamin-K2-Produktion wurde überwunden. Das Bakterium Lactococcus lactis produziert auf natürliche Weise eine intermediäre, instabile Form von Vitamin K2 , die für sein eigenes Überleben ausreicht, die Produktion im großen Maßstab jedoch erschwert.

„Der Mikroorganismus reguliert die Produktion intern, um eine Vergiftung durch das Zwischenprodukt zu vermeiden“, erklärt Caroline Ajo-Franklin , Co-Autorin der Studie und Leiterin des Rice Synthetic Biology Institute, in ihrer im Fachblatt ASM Journals veröffentlichten Arbeit. „Unsere Herausforderung bestand darin, dieses Kontrollsystem zu verstehen und neu zu programmieren“, fügt sie hinzu.

Um diese Produktionsbeschränkung zu überwinden, entwickelten die Forscher einen ultrafeinen Biosensor in einem anderen Bakterium, um die Vorstufe des Vitamins zu erkennen. Sie erstellten ein mathematisches Modell, um den Produktionsprozess zu simulieren, und veränderten schließlich die Reihenfolge der Gene, die Schlüsselenzyme kodieren, wodurch die Produktion deutlich gesteigert wurde. Durch die gleichzeitige Anpassung von Genexpression, Substratversorgung und DNA-Architektur Den Wissenschaftlern gelang es, die Bakterien dazu zu bringen , viel mehr Vitamin K2 zu produzieren, als auf natürliche Weise produziert werden kann, und – was noch wichtiger ist – ohne toxische Wirkungen.

Dieser Durchbruch ermöglicht die Entwicklung einer neuen Generation angereicherter Lebensmittel, effizienterer Nahrungsergänzungsmittel und Probiotika , die Vitamin K2 direkt im Darm produzieren. Vitamin K2 könnte nachhaltiger und kostengünstiger produziert werden, und – was für die Verbraucher am wichtigsten ist – es gäbe eine größere Verfügbarkeit gesunder, funktioneller Lebensmittel mit diesem Vitamin (die höhere Dosen an Vitamin K2 enthalten). Mit nur einem umprogrammierten Bakterium könnten wir einer wirklich funktionellen Ernährung näher kommen.

„Vitaminproduzierende Mikroben könnten die Ernährung und Medizin grundlegend verändern, aber zunächst müssen wir ihre inhärenten Kontrollmechanismen entschlüsseln “, sagt Ajo-Franklin.

Die im wissenschaftlichen Journal mBio veröffentlichte und von der National Science Foundation und dem Cancer Prevention Institute of Texas (CPRIT) unterstützte Forschung stellt einen Meilenstein in der Ernährungsbiotechnologie dar.