· Genetyka herbaty · 6 minut
Genetyka herbaty: herbata bezkofeinowa
Pomimo licznych prób naukowcy nie zastosowali jeszcze technik inżynierii genetycznej do stworzenia krzewu herbacianego nie zawierającego kofeinę.
Naukowcy z Indii, Japonii, Chin i Stanów Zjednoczonych próbują zatrzymać produkcję kofeiny w herbacie, wprowadzając materiał genetyczny, który ma na celu wyciszenie szlaku syntezy kofeiny, stosując metody oparte na bakteriach, wywołujących choroby roślinne lub armatki genowe, dostarczające DNA do komórek.
Armatka genowa to metoda zachwycająca swą prostotą. Jest dosłownie armatką, tylko z bardzo małymi pociskami. Pył, którym strzela w komórki, to cząsteczki metali ciężkich (wolframu, złota lub srebra) pokryte materiałem genetycznym, plazmidowym DNA, który chcemy wprowadzić do komórki. Niektóre komórki ulegają zniszczeniu i obumierają, ale niektóre przechodzą transformację – obcy DNA integruje się z jądrem lub organellami komórek i zaczyna funkcjonować. Metoda ta, w większości przypadków, jest używana do modyfikacji roślin choć może też zostać np. użyta do dostarczania DNA szczepionek dla ludzi.
Bakterię, najczęściej Agrobacter, to grupa bakterii o wysokiej zdolności do poziomego transferu genów, są to bardzo aktywni naturalni inżynierowie genetyczni, robią to już od milionów lat. Posiadają plazmidy, które są wprowadzane do genomu komórek roślinnych i powodują syntezę niestandardowych aminokwasów, hormonów roślinnych, które dostarczają bakteriom źródła węgla i azotu. Często prowadzi to do powstawania guzów na korzeniach roślin, ale zdarza się też, że rośliny dzięki interwencji Agrobacter nabierają nowych właściwości, także tych atrakcyjnych dla człowieka. Klasycznym przykładem jest słodki ziemniak: wszystkie uprawiane przez człowieka odmiany słodkich ziemniaków są przekształcane przez Agrobacter, a nieprzekształcone dzikie odmiany są niesmaczne.[1] A ostatnio okazało się, że skala działania agrobakterii jest znacznie szersza niż dotychczas sądzono. Tak więc naturalne rośliny transgeniczne to banany, żurawina, orzeszki ziemne, pomelo, orzechy włoskie, chmiel i oczywiście herbata.[2] A zastępując materiał genetyczny w plazmidach Agrobacter można wprowadzać pożądane zmiany do genomu (np. w ten sposób jest modyfikowana soja i pszenica). Więc przeciwnicy GMO powinni być bardzo czuli – znalezienie GMO jest dużo łatwiejsze, niż się wydaje:).
Modyfikowanie DNA herbaty w laboratorium okazało się łatwe, ale transformacja powstałych komórek do żywotnych, produkujących liście roślin to inna sprawa. „Regeneracja z komórki rośliny herbaty do całej rośliny jest ogólnie bardzo trudna”, mówi Misako Kato, biochemik roślin z Ochanomizu University w Tokio.
Kolejną przeszkodą w stosowaniu metod inżynierii genetycznej do produkcji nowych odmian herbaty jest niechęć społeczeństwa do genetycznie modyfikowanej żywności, mimo tego, że już nie raz udowodniono, że żywność GMO jest całkowicie biezpieczna.
Warto wspomnieć o tym, dlaczego istniejące metody dekofeinizacji nie są idealne. W przypadku kawy możemy mieć do czynienia z Swiss water process, gdzie surowe ziarno jest gotowane w wodzie/ekstrakcie z zielonej kawy, kofeina przechodzi do roztworu, a większość innych substancji pozostaje w środku. Alternatywą jest usuwanie za pomocą rozpuszczalników organicznych (dichlorometan, octan etylu) i nadkrytycznego dwutlenku węgla. W przypadku herbaty były pewne próby zastosowania Swiss process, który jest najbardziej przyjazną środowisku metodą usuwania kofeiny, jednak różnica pomiędzy ziarnem kawy a liśćmi herbaty (m.in. zawartość teaniny) na razie nie pozwala zastosować Swiss process bez dużego wpływu na smak. W Swiss water process dla młodych liści gotowanie w temperaturze wrzenia przez 3-4 minuty pozwala usunąć 83 % kofeiny. Jednak przypadku starszych liści (od czwartego w dół) potrzebne jest aż 10 minut żeby usunąć 80% kofeiny i mimo tego, że większość polifenoli pozostaje w herbacie, to ma ogromny wpływ na jej smak.
Niezwykłą, jeszcze mniej zbadaną metodą usuwania kofeiny jest użycie mikroorganizmów (tym razem nie Agrobacter) do degradacji kofeiny. Bakterię z rodziny Pseudomonas i Serratia izolowane z ziemi w okolicy plantacji kawy i herbaty mogą skutecznie rozkładać kofeinę, jednak jeszcze sporo badań jest potrzebnych żeby dobrać odpowiednie warunki do przemysłowego zastosowania tych bakterii. [3]
„Każda wzmianka o inżynierii genetycznej w herbacie jest totalną anatemą dla osób pijących herbatę”. - mówi Zeno Apostolides, który kieruje Laboratorium Badań nad herbatą na Uniwersytecie w Pretorii w RPA. Tak więc, zamiast manipulować DNA w celu stworzenia roślin bezkofeinowych, Apostolides ma nadzieję znaleźć w naturze rośliny, które produkują jedynie śladowe ilości tej substancji. Wraz ze współpracownikami z Tea Research Institute w Kericho w Kenii Apostolides planuje przebadać około 10 000-20 000 roślin z plantacji herbaty znalezionych w górach na zachód od Great Rift Valley w Kenii. „Możemy znaleźć mutanta docelowego w ciągu 1-3 lat”.
W 2018 roku Liang Chen i jego koledzy z Tea Research Institute of the Chinese Academy of Agricultural Sciences w Hangzhou opisali hongyacha (HYC), naturalnie wolną od kofeiny odmianę C. sinensis, którą znaleźli w górskiej prowincji Fujian. Zespół wykazał, że w hongyacha region DNA kontrolujący transkrypcję genu (TCS1) wymaganego do syntezy zarówno kofeiny, jak i jej prekursora, teobrominy, różni się od tego w normalnych roślinach herbacianych. Zasugerowali, że region ten mógł utracić część swojej funkcji, zachowując jedynie zdolność do produkcji teobrominy – co może wyjaśniać, dlaczego hongyacha jest bogata w tę cząsteczkę, ale zawiera niewykrywalne ilości kofeiny.
Kilkadziesiąt lat temu Hung-ta Chang, botanik z Sun Yat-sen University w Guangzhou, w Chinach, znalazł inną dziką roślinę herbacianą zawierającą tylko śladowe ilości kofeiny w prowincji Guangdong, która sąsiaduje z Fujian. Jednak roślina ta należała do innego gatunku (Camellia ptilophylla) i stała się znana jako herbata kakaowa ze względu na wysoki poziom teobrominy, którą początkowo wykryto w ziarnach kakaowca (Theobroma cacao). Według Xiaorong Lin, naukowca zajmującego się żywnością, który bada związki zawarte w herbacie kakaowej na Południowochińskim Uniwersytecie Rolniczym w Guangzhou, „Herbata zrobiona z tego szczególnego gatunku herbaty o niskiej zawartości kofeiny jest sprzedawana w Chinach od dziesięcioleci”. Ale zauważa: „Jej wydajność jest ograniczona”[4]
Hongyacha może wypełnić ogromną lukę na rynku, ponieważ jest to prawdziwa herbata, zawiera te same związki, które nadają herbacie z kofeiną jej smak. Biorąc pod uwagę potencjalne zastosowania komercyjne hongyacha, Liang Chen mówi, że planuje albo rozmnażać dziką herbatę, albo wprowadzać mutację do istniejących odmian herbaty przy użyciu klasycznych technik hodowlanych.
Zdjęcie tytułowe : yunnan sourcing
