Fakta
Aktivera ordförklaringar

Förbättrat näringsinnehåll och livsmedelssäkerhet

Genteknik kan användas till att förbättra innehåll av näring, och minska mängden skadliga och allergena ämnen i grödor.

Sammanfattning

Med hjälp av genteknik kan näringsinnehållet i växter ändras. Ett känt exempel är det gyllene riset som utvecklades redan på 1990-talet med hjälp trangenteknik. Riset har betakaroten i riskornen som omvandlas till A-vitamin i kroppen. Ett annat exempel är en tomat som innehåller ett förstadium till D-vitamin och som har utvecklats med genomredigering.

Modifieringar kan också göras för att minska koncentrationen av skadliga ämnen i en gröda exempelvis cyanogena glykosider i kassava, och ämnen som ger upphov till akrylamid vid upphettning i vete och potatis.

Vete med mindre mängd gluten som kan ätas av glutenkänsliga personer utvecklas också med genomredigering.

Det gyllene riset har förädlats med genteknik för att tillverka betakaroten som är ett förstadium till A-vitamin. Bild från Depositphotos.

Många människor i världen lider av så kallad dold hunger, vilket innebär brist på viktiga vitaminer och mineraler, även om de får tillräckligt med energi. Problemet är särskilt stort i låg- och medelinkomstländer där kosten ofta domineras av ett fåtal basgrödor, som ris eller kassava. Men näringsbrist förekommer även i höginkomstländer.

Växtbaserade livsmedel kan också innehålla oönskade eller skadliga ämnen, eller ämnen som kan orsaka allergiska reaktioner. Genom traditionell växtförädling har man länge försökt öka grödors näringsinnehåll och minska halter av sådana ämnen. Växtförädling med genteknik ger ytterligare möjligheter att förändra växters innehåll, till exempel öka halten vitaminer eller minska bildningen av skadliga eller allergiframkallande ämnen.

Det gyllene riset

Det gyllene riset utvecklades under 1990-talet och har modifierats genetiskt för att ha en hög halt betakaroten, vilket gör riset gult. Betakaroten omvandlas i kroppen till A-vitamin. Syftet med modifieringen är att förebygga A-vitaminbrist, särskilt hos befolkningar där ris är en viktig basföda.

Brist på A-vitamin leder till att hundratusentals barn varje år blir blinda, får kognitiva problem, blir underutvecklade och får ett svagt immunsystem. Det leder till många barns död och påverkar även gravida och ammande kvinnor.

Gener från majs och bakterie

I det gyllene riset har man fört in gener som gör att biosyntesvägen till karotenoider aktiveras i riskornets frövita, där betakaroten normalt inte ansamlas i någon större mängd.

I den andra generationen av gyllene ris, som har betydligt högre koncentrationer betakaroten än första generationens, har en gen från majs och en från en bakterie introducerats. Generna kodar för enzymet fytoensyntas, som katalyserar ett viktigt steg i bildningen av karotenoider, och ett enzym som möjliggör ytterligare steg i bildningen av betakaroten.

Odlades under en kort tid i Fillippinerna

Filippinerna godkände 2021 som första land det gyllene riset för kommersiell odling, efter omfattande hälso- och miljöriskanalyser av biosäkerhetsmyndigheter i många länder under mer än tjugo år. Under 2022 odlades riset under överseende av det nationella risforskningsinstitutet IRRI, med syfte att distribuera det till hushåll med gravida kvinnor, mödrar som ammar och små barn som löper risk att drabbas av vitamin A-brist.

Det gyllene riset var den första gröda som modifierats för att möta ett behov hos människor som konsumerar det, snarare än att ge en egenskap som underlättar odling. Trots de goda intentionerna har vissa miljöorganisationer protesterat kraftigt mot riset, och krävt att tillstånd och riskutvärderingar för det gyllene riset ska raderas och göras om. År 2024 upphävde Filippinernas appellationsdomstol det biosäkerhetstillstånd som krävs för kommersiell odling.

Forskare arbetar även på att bredda det gyllene risets näringsprofil, genom att även modifiera det för ökat innehåll av järn och zink. Också brist på järn och zink är vanligt och leder till svåra hälsoproblem, som blodbrist och ökad dödlighet.

Gyllene kassava och banan

Forskare arbetar för att på liknande sätt som med det gyllene riset öka halten av betakaroten i andra grödor eller frukter. Både med hjälp av traditionell växtförädling och med hjälp av genteknik.

Forskare har modifierat kassava för att öka halten karotenoider i de stärkelserika lagringsrötterna. Bland annat har gener som kodar för fytoensyntas och deoxyxylulos-5-fosfatsyntas använts för att öka flödet genom karotenoidbiosyntesen.

I vissa försökslinjer har karotenoidhalten ökat 15–20 gånger jämfört med omodifierad kassava, men modifieringen har också påverkat torrsubstans- och stärkelsehalten.

Bananer. Bild från Depositphotos.

I ett projekt med målet att förbättra näringsinnehållet i Cavendish-bananer som odlas i Uganda har forskare fört in en gen för fytoensyntas från en banan med naturligt hög halt av provitamin A. Den modifierade bananen fick betydligt högre halter av provitamin A i fruktköttet.

Motsvarande modifiering gjordes sedan också i matbananer. Fältförsök har gjorts men bananerna har inte nåt marknaden. Uganda ännu inte antagit en fristående biosäkerhetslagstiftning som möjliggör kommersiellt godkännande av genetiskt modifierade grödor. Det har fördröjt vägen från fältförsök till odling.

Tomater som källa till D-vitamin

D-vitamin behövs för att immunförsvaret ska fungera optimalt. Det behövs också för att kroppen ska kunna absorbera kalcium och fosfat som är viktiga för skelettet. Brist på D-vitamin har på populationsnivå kopplats till cancer, autoimmuna sjukdomar och depression.

Brist på D-vitamin på platser med mindre soltimmar

Vitaminet produceras normalt i huden när vi exponeras för solljus. I de nordligare breddgraderna är det under höst och vinter svårt att få tillräckligt med solljus för att uppnå den effekten. Även personer med mörk hudfärg har svårare att få tillräckligt med D-vitamin den vägen.

Vi kan också få i oss D-vitamin genom maten. Fet fisk och D-vitaminberikade produkter som mjölk och växtdrycker är bra källor, men växter är i regel fattiga på det D-vitamin.

Ett enzym stängs av med CRISPR

Brittiska forskare har tagit fram en tomat som modifierats för att få ökade nivåer av en molekyl som är ett förstadium till D-vitamin och som under solljus omvandlas till vitaminet.

Med hjälp av CRISPR/Cas9 har forskarna slagit ut en gen för ett specifikt enzym som normalt skulle omvandla den här molekylen till en kolesterolmolekyl. Utan enzymet ackumuleras den i stället, i både tomater och blad. En enda sådan tomat skulle kunna täcka tjugo procent av dagsbehovet av D-vitamin, och bladmassan skulle kunna användas för att göra D-vitamintillskott.

I Storbritannien genomförs en klinisk studie för att undersöka om konsumtion av soppa gjord på sådana tomater kan öka deltagarnas D-vitaminstatus.

Lila tomater med antioxidanter

I Storbritannien har forskare utvecklat en lila tomat som producerar antioxidanten antocyanin. Det är samma ämne som ger blåbär, rödkål och rödbetor deras rödlila färger.

Lila tomat med hög koncentration av antocyanin. Illustration Gunilla Elam

Den lila tomaten har modifierats med gener från trädgårdsväxten lejongap. Generna är aktiva i hela tomaten för att ge hög koncentration av antocyaniner även i fruktköttet.

I försök där möss som lätt utvecklar cancer matades med de lila tomaterna såg man att de överlevde trettio procent längre tid än de som åt vanliga tomater. Det indikerar att tomaterna är nyttiga att förtära. Tomaterna har också visat sig ha en bättre hållbarhet.

Tomaten är godkänd att använda som livsmedel i USA och frön för egen odling av tomatplantor säljs till konsument.

Kassava med lägre halt giftiga ämnen

Kassava är stapelföda för 800 miljoner människor i världen och den huvudsakliga källan till kalorier för många i Afrika. Kassava är torktålig och kan växa på magra jordar. Men kassava innehåller cyanogena glykosider som vid förtäring bryts ner i kroppen och frisläpper giftet cyanid. Kassavans rotknölar måste därför noga bearbetas innan de äts för att förgiftning ska undvikas.

Kassava, Manihot esculenta. Bild från Pixabay.

Trots noggrann bearbetning drabbas många människor varje år av förgiftning från kassava. Symtomen varierat från lindriga kognitiva problem till konzo, en sjukdom som orsakar förlamning av benen. Klimatförändringarna väntas förvärra antal fall av förgiftning eftersom torka kan öka halterna av cyanogena glykosider i kassava. Att minska mängden cyanogena glykosider i kassava är därför en viktig målsättning.

Eftersom kassava i huvudsak förökas vegetativt är den svår att förbättra med konventionell förädling. Forskare har därför använt CRISPR/Cas9 för att slå ut gener som är viktiga för växtens produktion av cyanogena glykosider. Resultatet blev kassavaplantor utan dess ämnen i både blad och rotknölar, som är det man äter. Kassavan är ännu så länge på försöksstadium, och behöver utvärderas i fältförsök.

Vete och potatis för mindre akrylamid

Akrylamid är ett neurotoxin och potentiellt cancerframkallande ämne som kan bildas när vissa livsmedel som potatis och bröd stekt, friteras, rostas eller bakas. För att begränsa exponeringen har EU infört riktvärden för mängden akrylamid i mat, och väntas ytterligare strama upp reglerna.

Både matproducenter och växtförädlare arbetar för att minska mängden akrylamid i växtbaserad mat. Ett sätt är att med hjälp av genteknik minska bildningen av aminosyran asparagin, som är ett viktigt förstadium till akrylamid.

Akrylamid bildas som en biprodukt i en reaktion mellan aminosyran asparagin och vissa sockerarter, som fruktos och glukos. Det sker i den så kallade Maillard-reaktionen, som är den process som ger brun färg och utvecklar smak och doftämnen vid stekning, rostning och fritering. Hur mycket akrykamid som bildas beror på mängden fritt asparagin och sockerarter.

Vete och potatis är två livsmedel som efter att de friterats, stekts, rostats eller bakats kan innehålla akrylamid. Bild från Despositphotos.

Strategin att slå ut ett förstadium till akrylamid

I vete finns flera gener som kodar för de enzym som katalyserar bildningen av asparagin. Enzymen kallas asparaginsyntetas. En av dessa gener (ASN2) är till skillnad från andra ASN-gener specifikt aktiv i vetekornen. Ett sätt för att få ner mängden fritt asparagin i vetekornen är att slå ut ASN2-genen så att mindre asparagin bildas i vetekornen.

Ett sådant här försök kompliceras av att vete har tre parallella genom, och därmed sex kromosomuppsättningar. Genen finns alltså i tre par snarlika uppsättningar som kallas ASN2-A2, B2 och D2.

CRISPR/Cas9-teknik har använts för att specifikt orsaka riktade mutationer i all tre ASN2-generna och därmed slå ut dem. Efter försök i växthus kunde man se en minskning med nittio procent av fritt asparagin, utan att man såg några uppenbara förändringar i tillväxt.

Försökodlingar av vete i Storbritannien

Genomredigerat vete med lägre halt av fritt asparagin har odlats i fältförsök i England. Efter utvärdering i storskaliga fältförsök och vid livsmedelsbearbetning kan vetet eventuellt godkännas för marknaden enligt Storbritanniens lagstiftning om precisionsförädlade organismer.

Potatis med mindre aspargin godkänd i USA

Liknande försök har också gjorts med potatis, för att minska risken att akrylamid bildas vid produktion av chips och andra produkter. I USA har den så kallade Innate-potatisen godkänts, som har genetiskt modifierats för att få lägre halt av fritt asparagin, vilket minskar bildningen av akrylamid vid fritering. Potatisen har också modifierats för att inte bli brun.

Vete med reducerat gluteninnehåll

Gluten består av frölagringsproteinerna glutenin och gliadin, som i sin tur är indelad i fyra olika klasser. Två klasser av gliadin, omega och gamma, är mest problematiska för personer med celiaki, som är en autoimmun sjukdom som utlöses av gluten.

Vete har många gener som kodar för de olika klasserna av glutenin och gliadin, inklusive 9 omega-gener och 22 gamma-gener. Generna sitter i grupper på kromosom ett, som i vete förekommer i tre något olika dubbla upplagor eftersom vete är hexaploid.

Forskare har använt CRISPR/Cas9 för att slå ut vetets gliadin och gamma-gener, vilket har lett till en substantiell minskning av omega- och gamma-gliadin-proteinerna i vetet. Det gav en minskad immunreaktivitet hos antikroppar som känner igen de här proteinerna i immunologiska experiment. Det indikerar att personer med celiaki kan reagera mindre på vetet.

Det kan dock bli problematiskt att ta bort allt gluten från vetet, eftersom man då också ändrar vetets bakegenskaper. Gluten bidrar med textur, smak och fuktighet till bröd och bakverk. Troligtvis kommer det bli svårt att ta fram ett vete som någon med gluten-intolerans, celiaki, kan äta. Men en möjlighet kan vara att slå ut ytterligare några gliadin-gener, för att göra vetet tillgängligt för de med en mildare form av icke-celiakisk glutenkänslighet.

Referenser

Mer inom samma ämne