• Kilde til artiklen: # 43

Ændret stivelsessammensætning i afgrøder kan give sundhedsfordele

Ny dansk gensplejset byg danner kun sund stivelse (amylose). Dette er opnået ved at man har lukket for produktionen af usund stivelse (amylopektin). Amylose når i modsætning til amylopektion ned i tyktarmen, hvor amylosen bliver fordøjet af tyktarmens bakterier under dannelse af produkter, der er gavnlig for sundheden. Amylose i tyktarmen er med til at nedsætte risiko for tyktarmskræft

Ny dansk gensplejset byg danner kun sund stivelse (amylose), efter at der er lukket ned for produktionen af usund stivelse (amylopektin)

• Amylose når i modsætning til amylopektion ned i tyktarmen, hvor amylosen bliver fordøjet af tyktarmens bakterier under dannelse af produkter, der er gavnlig for sundheden.

• Amylose i tyktarmen er med til at nedsætte risiko for tyktarmskræft

• Ændret stivelsessammensætning i afgrøder kan give sundhedsfordele

• —-

• Den mest almindelige form for kulhydrat er stivelse, som udgør størstedelen af brød, pasta og kartofler. Jævnligt debatteres, om f.eks. stivelse er sundt eller usundt. Svaret afhænger af, hvilken type stivelse, der refereres til. Der findes nemlig flere typer af stivelse, den sunde og den usunde.

• Den usunde stivelse er den letfordøjelige stivelsestype amylopektin, som hurtigt bliver nedbrudt i tyndtarmen og optaget i kroppen som sukker. Det får blodsukkeret til at stige så hurtigt, at insulinreguleringen halter bagefter. Derved opstår en ubalance, der kan medvirke til livsstilssygdomme som fedme og diabetes.

• Den sunde stivelse er den mindre fordøjelige stivelsestype amylose, der når næsten helskindet gennem maven og tyndtarmen og kommer ned i tyktarmen. At amylosen når ned i tyktarmen stort set ufordøjet blev overset i mange år, fordi der er meget lidt tegn på amylose i fæces. Man troede derfor, at amylosen blev nedbrudt i tyndtarmen (5).

• I 1980’erne blev man klar over, at fibre i tyktarmen ikke alene var de polysaccharider, som ikke var stivelse, og som er med til at give fæces fylde og få tarmindholdet til at bevæge sig i tarmen, men også den amylose, som havde overlevet turen helt ned til tyktarmen uden at blive nedbrudt (5). Med de dengang anvendte målemetoder, var amylose i tyktarmen blevet overset. Men det har nu vist sig, at amylose i tyktarmen er vigtig for tyktarmens sundhedstilstand. Bakteriefloraen i tyktarmen omsætter amylosen og leverer til gengæld nyttige nedbrydningsprodukter til værten. Denne symbiotiske levevis har både mennesket og bakterierne gavn af. Bakterier får noget at leve af, og mennesket får leveret kortkædede fedtsyrer, som har vist sig at have gavnlig virkning på en række livsstilssygdomme (1).

• Der kan derfor opnås sundhedsmæssige fordele, hvis stivelsessammensætningen i de stivelsesholdige afgrøder ændres, således at der i afgrøderne produceres mindre amylopektin-stivelse og mere amylose-stivelse. Det er nu lykkedes danske forskere at frembringe en bygplante, hvor mere end 99% af stivelsen er amylose-stivelse, altså den sunde stivelse, der har en gavnlig virkning i tyktarmen (1). Metoden vil kunne bruges på andre plantearter også.

• Hvad er forskellen på amylose og amylopektin?

• Amylose er et liniært eller kun lidt forgrenet molekyle af polymeriserede glukoseenheder, hvor glukoseenhederne er forbundet ende mod ende i alfa-1,4-bindinger. Amylose udgør typisk omkring 25% af stivelsesgranula i mange planter.

• Amylopektin er derimod et stort og forgrenet molekyle, som har en rygrad af glucoseenheder bundet i alfa-1,4-bindinger med sidebindinger i alfa-1,6-glykosidbindinger. Fordøjelsesenzymer kan kun angribe og nedbryde amylose fra begge ender, hvorimod amylopektin også kan nedbrydes fra sidekæderne. Dette er baggrunden for, at amylopektin nedbrydes hurtigt i tyndtarmen, medens amylose tværtimod når næsten unedbrudt ned i tyktarmen.

• Amylopektin udgør som oftest den største del af stivelse i afgrøder. Fordelingen mellem amylopektin og amylose i afgrøder er således som regel langt fra ideel. Der er beskrevet mange forsøg på at mindske produktionen af amylopektin i afgrøder og at øge produktionen af amylose. Men det har vist sig svært at opnå en relativ forøgelse af amyloseindholdet, uden at udbyttet af afgrøden falder meget (1).

• Det er nu lykkedes en dansk forskergruppe med Kim H. Hebelstrup i spidsen at lukke ned for produktionen af alle de enzymer, der sætter sidegrene på stivelsesmolekyler i alfa-1,6-stilling, så der stort set kun bliver produceret amylose (1). Som modelafgrøde har de anvendt byg.

• Perspektivet i at fremstille amylose-berigede afgrøder er stort

• Den nedbrydningsbestandige stivelse betegnes ”resistent stivelse” (RS). Resistent stivelse nedbrydes først, når det udsættes for enzymer fra tyktarmens anaerobe bakterier, som forgærer stivelsen til kortkædede fedtsyrer. Ved forgæringen dannes methangas og dihydrogen (fri brint), som optages i blodbanen og udskilles via lungerne. Man kan måle denne brintudskillelse og dermed få et mål for, hvor meget kulhydrat, der er fermenteret i tyktarmen (2, 4). Det giver så et mål for, hvor meget kulhydrat, der ikke er blevet fordøjet i tyndtarmen. De kortkædede fedtsyrer er for det meste eddikesyre, propionsyre og smørsyre, som i tarmen dog findes som saltene acetat, propionat og butyrat (4). Disse kortkædede fedtsyrer stimulerer blodstrømmen i tyktarmen og stimulerer optagelsen af væske, mineraler og elektrolytter, og modvirker således diarré. Desuden er smørsyre (butyrat) et foretrukkent substrat for tyktarmscellerne (colonocytterne), og synes at kunne beskytte mod abnorme cellepopulationer og at fremme en normal funktion hos disse celler. Både in vitro og in vivo forsøg tyder på, at butyrat virker beskyttende mod tyktarmskræft, måske ved at fremme apoptose i tumorceller. Men en direkte virkning er endnu ikke påvist.

• Det dannede acetat optages fra tarmen og indgår i menneskets almindelige energistofskifte, hvorimod propionat hovedsagelig omsættes i leveren (2).

• De kortkædede fedtsyrer medvirker til, at pH i tyktarmen falder noget, miljøet bliver lidt mere surt. Dette fald i pH er gunstig af flere grunde. For det første gavner det bakteriefloraen, idet det lidt mere sure miljø favoriserer gunstige bakterietyper og nedsætter mængden af forrådnelsesbakterier og patogene bakterier. For det andet hæmmer det lidt mere sure miljø enzymer, som omdanner galdesyrer til potentielt kræftfremkaldende stoffer.

• Resistent stivelse (altså den stivelse, som når ned i tyktarmen før den nedbrydes), er mindre effektiv som fyldmateriale i tyktarmen end polysakkarider, der ikke er stivelse (non-stivelse polysakkarider, NSP). Men epidemiologiske studier tyder på, at den resistente stivelse er mere beskyttende mod tyktarmskræft, muligvis via smørsyrens virkninger.

• De danske forskere slukkede for syntese af forgreningsenzymerne

• Hidtil er det ikke lykkedes at fremstille afgrøder med et højere indhold af amylose end 70 – 80%, men de danske forskere anvendte en ny teknologi, hvor de med en enkel RNAi-konstruktion (RNA interferens) forhindrede, at den genetiske information fra de tre gener, der koder for de enzymer, som frembringer forgreningerne i amylopektin, blev modnet helt til aktive enzymproteiner (1). Mere konkret virker RNA-interferens-mekanismen ved at nedbryde mRNA, som transporterer den genetiske information fra DNA'et i cellekernen ud til cellens proteinfabrikker i cellens cytoplasma. Ved populært sagt "at dræbe budbringeren" (mRNA) forhindrer mekanismen altså den genetiske information i at komme til udtryk i form af (enzym)protein.

• Forskerne fremstillede en RNAi-konstruktion, som kunne opsnappe mRNA fra forskellige områder i de tre gener, der koder for forgreningsenzymerne, fordi RNAi-konstruktionen indeholder sekvenser, der er komplementære til sekvensen i det mRNA, de skal stoppe. Der var ingen fælles områder i de tre gener, så det var nødvendigt at bruge sekvenser fra alle tre gener.

• Det lykkedes på denne måde at frembringe bygplanter, hvor stivelsen kun indeholdt 0,9% amylopektion. Resten af stivelsen var altså hele 99,1% amylose (1).

• De amyloserige bygkorn spirede med samme hyppighed som kontrolbyg. Væksten af de små bygplanter var dog lidt hæmmet i starten, men denne forskel blev udlignet senere. Efter 120 dage var der ingen forskel mellem væksten af den gensplejsede byg og kontrolbyg (1).

• De amyloserige bygkorn havde et rynket udseende, hvilket kunne tyde på et mindre stivelsesindhold. Dette var dog ikke særlig udpræget, idet de amyloserige bygkorn indeholdt 47,2% stivelse mod 52,8% i kontrolbyg (1).

• Genmodificerede organismer er vanskelige at håndtere uden for laboratoriet i Danmark på grund af lovgivningen på GMO-området

• Da denne byg er genmodificeret, skal den testes i udlandet. Danmark har meget strenge regler omkring genmodificerede organismer (GMO). Dette gælder også, selv om der hermed er fremstillet en potentiel sundere plante. Forskergruppen har da også indledt et samarbejde med udenlandske forskningsinstitutioner, både når det gælder om at undersøge de ernæringsmæssige forhold omkring den amyloserige byg, og når det drejer sig om dyrkningen af den gensplejsede byg i større skala.

• Perspektivet i metoden

• Den samtidige nedlukning af alle gener, der koder for forgreningsenzymer, er ny. Andre forskere har lukket for et gen ad gangen, og de har altså ikke opnået tilsvarende forøgelse af amyloseindholdet, som i det nye, danske forsøg. Den nye, danske metode vil have et stort potentiale i forbindelse med ændring af andre lignende planter f.eks. hvede, majs og ris, som er nogle af verdens vigtigste fødevarekilder.

• Vi kan også selv forbedre miljøet i tyktarmen

• Ved at spise fødevarer, der indeholder stivelse, som overlever turen ned til tyktarmen, kan vi bidrage til et sundere miljø i tyktarmen. Overholdelse af bestemte tilberedningsmetoder kan også påvirke, hvor meget af fødevarens stivelse, der når ned i tyktarmen. Ved kogning af kartofler dannes letfordøjelig stivelse, som hurtigt nedbrydes til sukker. Men hvis kartoflerne spises kolde – de skal gerne stå til dagen efter eller længere tid, så er noget af den frigjorte amylose ved en slags omkrystallisering blevet omdannet til resistent stivelse, der når ned i tyktarmen før den bliver nedbrudt (6).

• Det er det samme, der er beskrevet om majsstivelse i Sydafrika, dengang man første gang blev opmærksom på betydningen af fibre i kosten. Forskellig tilberedning af majs var baggrunden for, hvorfor afrikanere, der spiste føde med et mindre fiberindhold end europæere, havde et højere indhold af resistent stivelse i tyktarmen end europæerne (5). Afrikanerne indtog 70% af deres energi som majsstivelse. For at gøre majsen mere fordøjelig, skal den koges. Efter kogning fik majsgrøden lov til at afkøle, og den blev opbevaret i nogen tid, før den blev spist. Under opbevaringen om-krystalliserer amylosen til kompakte partikler og bliver dermed omdannet til resistent stivelse Det var en sandsynlig forklaring på det højere indhold af resistent stivelse i tyktarmen hos afrikanerne end hos europæerne (5).

• Måske skal vi til at tænke i andre baner, når vi tilbereder maden, og især om vi spiser den varm eller kold.

• Kilder:

• (1) Carciofi, M m.fl. (2012) BMC Plant Biology, 12, 223, “Concerted suppression of all starch branching enzyme genes in barley produces amylose-only starch granules”, www.biomedcentral.com/1471-2229/12/223

• (2) Gudmand-Højer, Eivind (2009), Lægemagasinet 7, 6-8, “Tarmbesvær, ernæring og de nye kostfibre”

• (3) McOrist A.L. m.fl. (2011), J. Nutr.141, 883-889, ”Fecal butyrate levels vary widely among individuels but are usually increased by a diet high in resistant starch”, doi:10.3945/jn.110.128504

• (4) Topping, D.L. og Clifton, P. (2001), Physiological Reviews , 81(3), 1031-1064, ”Short-chain fatty acids and human colonic function : roles of starch and nonstarch polysaccharides”

• (5) Topping, D.L. m. fl. (2008), Microbial Ecology in Health and Disease, 20, 103-108, “Resistant starches as a vehicle for delivering health benefits to the human large bowel”, doi:10.1080/08910600802106541

• (6) Bach, I.C. m.fl. (2006), Planteforskning.dk, marts 2006, Baggrund og aktuel forskning, ”Kartoflen – sund delikatesse eller fedende fyld”.

Tegn abonnement på

BioNyt Videnskabens Verden (www.bionyt.dk) er Danmarks ældste populærvidenskabelige tidsskrift for naturvidenskab. Det er det eneste blad af sin art i Danmark, som er helliget international forskning inden for livsvidenskaberne.

Bladet bringer aktuelle, spændende forskningsnyheder inden for biologi, medicin og andre naturvidenskabelige områder som f.eks. klimaændringer, nanoteknologi, partikelfysik, astronomi, seksualitet, biologiske våben, ecstasy, evolutionsbiologi, kloning, fedme, søvnforskning, muligheden for liv på mars, influenzaepidemier, livets opståen osv.

Artiklerne roses for at gøre vanskeligt stof forståeligt, uden at den videnskabelige holdbarhed tabes.