L’ingénierie métabolique est un domaine de la biotechnologie végétale qui cherche à modifier génétiquement les voies métaboliques des plantes pour générer des variétés végétales avec des avantages améliorés pour la santé. Récemment, des scientifiques de l’Université des sciences de Tokyo et du centre de recherche en biotechnologie d’Iwate ont conçu des plants de pommes de terre et de tomates pour exprimer le pigment végétal bétalaïne, que l’on trouve uniquement dans les caryophyllales et les champignons supérieurs. Ils ont découvert que si les tomates bétalaïne conféraient des effets anti-inflammatoires contre les macrophages et la colite murine, les pommes de terre bétalaïne ne présentaient pas de tels effets.
Les bétalaïnes sont une classe de pigments végétaux responsables de la couleur caractéristique rouge-violet (bétacyanine) ou jaune (bétaxanthine) de certains fruits et légumes. Ces pigments naturels, solubles dans l’eau et contenant de l’azote sont couramment utilisés comme colorants alimentaires. Récemment, les résultats de la recherche ont mis en évidence le fort potentiel antioxydant des bétalaïnes, ce qui en fait des candidats potentiels pour produire des aliments santé et lutter contre diverses maladies. Actuellement, les bétalaïnes ne sont produites que dans des plantes de l’ordre Caryophyllales et champignons supérieurs. Par conséquent, l’ingénierie métabolique a été explorée pour modifier génétiquement des non-Caryophyllales plantes, pour améliorer la production et la scalabilité de ces pigments.
Bien que des plantes transgéniques accumulatrices de bétalaïne aient été développées au fil des ans, leurs applications dans la production de ressources alimentaires de santé restent à explorer.
Pour combler cette lacune, une équipe de recherche collaborative de l’Université des sciences de Tokyo (TUS) et du Centre de recherche en biotechnologie d’Iwate, au Japon, dirigée par le professeur Gen-ichiro Arimura de TUS, a tenté de modifier génétiquement des plants de pommes de terre et de tomates pour produire de la bétacyanine. Leur objectif était de tester l’efficacité thérapeutique des tomates et des pommes de terre productrices de bétacyanine contre des modèles murins de colite et de macrophages inflammatoires. Leurs conclusions ont été publiées dans Biotechnologie & Bioingénierie le 26 janvier 2023. Discutant des résultats de cette étude, le professeur Arimura déclare : « Nous avons conçu avec succès des tubercules de pomme de terre et des fruits de tomate pour co-exprimer les gènes de biosynthèse de la bétacyanine [genes for CYP76AD1 from Beta vulgaris, DOD (DOPA 4,5-dioxygenase) and 5GT (cyclo-DOPA 5-O-glucosyltransferase) from Mirabilis jalapa] sous le contrôle de promoteurs appropriés. Cela a amélioré l’accumulation endogène de bétanine et d’isobétanine ; deux types courants de bétacyanine ; dans ces légumes transgéniques. L’accumulation de ces pigments les a fait apparaître de couleur rouge foncé lors de la maturation, par rapport à leurs homologues de type sauvage.. »
Les macrophages jouant un rôle important dans plusieurs maladies inflammatoires, l’équipe a ensuite testé l’efficacité thérapeutique de ces légumes transgéniques dans des cellules de type macrophage (RAW264.7), suite à la stimulation de la réponse immunitaire par les lipopolysaccharides (LPS). Ils ont observé que les extraits du fruit de tomate transgénique exerçaient une activité anti-inflammatoire plus élevée que leurs homologues de type sauvage. Cela a été attribué à une diminution de la transcription stimulée par le LPS du gène de la cytokine pro-inflammatoire– ;un Tnf-α gène, au sein des cellules transgéniques.
« Ces résultats étaient conformes aux effets anti-inflammatoires de la tomate transgénique que nous avons observés dans les intestins de modèles murins atteints de colite induite par le dextran sulfate de sodium (DSS). Une amélioration marquée de leur perte de poids corporel et de leur indice d’activité de la maladie a été observée grâce à la suppression de la transcription stimulée par le DSS des gènes pro-inflammatoires – gènes pour Tnf-α, Il6 et Cox-2« , ajoute le professeur Arimura, tout en discutant des résultats dérivés de l’autre expérience chez la souris. De plus, l’action additive et synergique de la bétacyanine avec des composants de fruits naturels (tels que le lycopène dans la tomate) a encore stimulé l’amélioration de la colite dans les modèles murins. Fait intéressant , alors que des effets anti-inflammatoires significatifs ont été observés avec des extraits de tomates transgéniques à des dilutions de 100 à 1000 fois, ce n’était pas le cas avec les pommes de terre transgéniques, malgré une production substantielle de bétanine et d’isobétanine. antagonistes des pommes de terre transgéniques qui agissent contre la fonction anti-inflammatoire de la bétacyanine, mais cela reste à confirmer.
Les tomates génétiquement modifiées pour produire des bétacyanines se sont avérées avoir des effets substantiels sur la santé. Bien que des sources végétales naturelles de bétalaïnes telles que les betteraves existent, ces pigments présentent une faible stabilité à des températures élevées et à des pH extrêmes. Cela indique que les lignées de tomates transgéniques produisant de la bétacyanine sont plus susceptibles d’être efficaces en tant qu’aliments naturels lorsqu’elles sont ingérées à l’état brut. »
Professeur Gen-ichiro Arimura, Université des sciences de Tokyo
Quelles sont les applications potentielles de ces découvertes ? Il ajoute encore : « Bien qu’il n’y ait pas de culture commerciale de cultures génétiquement modifiées comestibles au Japon, nous prévoyons que leurs applications en tant qu’aliments de santé par le biais de la production dans des usines de plantes fermées et d’autres installations conduiront à l’utilisation généralisée de plantes recombinantes au Japon.. »
Nous sommes convaincus que l’ingénierie de la bétalaïne deviendra bientôt une voie prometteuse pour améliorer la production commerciale d’aliments santé, qui stimulent l’approvisionnement alimentaire tout en conférant simultanément des avantages pour la santé à ses consommateurs.
