日本東京理科大學先進工學部生命系統工學系的有村源一郎教授率領的研究團隊與（公益財團法人）岩手生物工學研究中心共同宣佈，成功培育出了可食用部分富含強抗氧化活性的植物色料——「甜菜素（甜菜紅素，betacyanin）」的番茄和馬鈴薯。由於甜菜素僅存在於石竹科植物中，且耐熱性低，透過將其富含於可生食的番茄中，有望將其開發爲保健食品。相關成果已發表在1月26日發行的國際學術期刊《Biotechnology and Bioengineering》上。
圖 野生型（Tw）和富含甜菜素型的番茄株（Tb）果實逐漸著色的成熟程序。在未成熟的綠色狀態下，Tw和Tb之間沒有區別，但可以觀察到Tw的顏色是從黃色變爲紅色，而Tb的顏色是從紅紫色變爲深紅紫色。（供圖：東京理科大學）
甜菜素包括紅紫色的甜菜紅素和黃色的甜菜黃素，只存在於甜菜等石竹科植物中。尤其甜菜紅素長期以來一直用作天然著色劑（甜菜紅色料），比如用於給糖果等著色。近年來的研究發現甜菜素具有很強的抗氧化活性，有望作爲保健成分使用。也有報導稱，甜菜素可透過基因重組技術賦予植物抗菌活性。但另一方面，目前在保健食品領域還沒有任何研究。
此次研究團隊導入了甜菜色料生物合成基因，使番茄和馬鈴薯的可食部分積累了該色料，並用小鼠身上驗證了其抗炎作用。
甜菜紅素的生物合成與三種基因（CYP76AD1、DOD、5GT）相關。研究團隊透過二元載體法將其導入到野生型番茄和野生型馬鈴薯中，培育出了富含甜菜紅素的番茄株（Tb）和馬鈴薯株（Pb）。在其成長程序中，與野生型相比，Tb的雄蕊變成橙色或紅色，果實變成暗紅色；Pb的根和塊莖變成深紅色，葉子也略微變暗。
研究團隊調查可食用部分中積累的甜菜紅素含量時發現，Tb和Pb的積累濃度均較高，且番茄中的甜菜紅素積累出現在果實的成熟期。
爲了調查積累的甜菜紅素的抗炎作用，研究團隊將Tb和Pb的可食用部分粉碎，再將提取物添加到巨噬細胞樣細胞中。
研究團隊將提取物稀釋100倍或10,000倍，然後添加到巨噬細胞樣細胞（RAW264.7細胞）中，之後用LPS處理激活巨噬細胞，檢測各種發炎相關基因的轉錄水平。
結果發現，在任何稀釋比例的Tb中，發炎細胞介素TNF-α基因的轉錄水平都顯著降低。其它發炎細胞介素（IL-1β、IL-6）基因、發炎誘導因子（COX-2基因）的轉錄水平也有所下降。另一方面，在馬鈴薯中，Pb和野生株以上基因的轉錄水平均未出現降低。用主要成分爲甜菜紅素的市售甜菜紅色料（BR）進行相同的實驗後發現TNF-α基因的轉錄水平在1nM或更高的濃度時降低。
爲了研究甜菜紅色料對結腸炎的作用，研究團隊給小鼠連續11天口服Tb、野生型番茄及市售BR後，透過澱粉膠硫酸鈉處理誘導了結腸炎。
結果發現，與服用野生型番茄和BR的白鼠相比，服用Tb提取物的白鼠由結腸炎引發的體重下降病徵顯著改善，並且疾病活動指數（DAI）也得到極大改善。此外，還改善了發炎引起的結腸縮短，抑制了發炎引起的TNF-α基因轉錄水平升高。而服用野生型番茄和BR的白鼠則沒有表現出同樣的抑制作用。
服用野生番茄的小鼠的體重下降和結腸縮短也有輕微的改善，這被認爲是番茄中含有的番茄紅素等其他功能成分帶來的效果。
對此，研究團隊進一步研究了天然番茄果實成分和甜菜紅素的互利共生。將BR添加到野生型番茄中（Tw+BR），然後進行相同的實驗並比較其效果。
結果表明，Tw+BR改善體重減輕和結腸縮短的程度與單獨使用Tw或BR的程度相差無幾。另一方面，DAI評分在Tw+BR中提高最多，程度與Tb大致相同。另外，Tw+BR對TNF-α基因轉錄水平的抑制程度也與Tb幾乎相同。
由此可見，番茄來源的成分和甜菜紅素產生了部分疊加或統合的抗炎作用。
透過在密閉型蔬菜工廠中的培育，今後有望將其製成保健食品。
有村教授表示，「在這項研究中，我們分析了具有很強的抗氧化作用，且僅包含於甜菜等石竹科植物中的獨特色料——甜菜素的抗炎功能，甜菜素極有可能對許多其他疾病也有效，我們將繼續操作開展研究，以便搞清楚其功能。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Biotechnology and Bioengineering
論文：Metabolic engineering of betacyanin in vegetables for anti-inflammatory therapy
DOI：10.1002/bit.28335
