طماطم معدلة وراثيًا

استُخدمت الطماطم ككائن نموذجي لدراسة نضج ثمار الفاكهة المتغيرة اللون . ولفهم الآليات المشاركة في عملية النضج، قام العلماء بتعديل الطماطم وراثيًا. ^{[ 6 ]}

في عام ١٩٩٤، أصبح صنف "فلافر سافر" أول غذاء مُعدّل وراثيًا يُزرع تجاريًا ويُمنح ترخيصًا للاستهلاك البشري. أُدخلت نسخة ثانية من جين الطماطم الخاص بإنزيم البولي جالاكتيوروناز (PG) في جينوم الطماطم في الاتجاه المعاكس . ^{[ ٧ ]} يُحلل إنزيم البولي جالاكتيوروناز البكتين ، وهو أحد مكونات جدار خلية الطماطم ، مما يُسبب ليونة الثمرة. عند التعبير عن الجين المعاكس، فإنه يُعيق إنتاج إنزيم البولي جالاكتيوروناز، مما يُؤخر عملية النضج. لم يُحقق صنف "فلافر سافر" نجاحًا تجاريًا بسبب ارتفاع تكاليف الإنتاج، والتي تُعزى إلى استخدام صنف قديم منخفض الإنتاجية كأصل. ^{[ ٨ ]} سُحب من السوق في عام ١٩٩٧. استخدمت شركة زينيكا تقنية مماثلة على صنف ناجح تجاريًا يُسمى T7، بإضافة نسخة مُختصرة من جين PG. ^{[ 9 ]} استُخدمت هذه المادة في صناعة معجون الطماطم بنجاح تجاري كبير، قبل أن يؤدي تغير الرأي العام تجاه الكائنات المعدلة وراثيًا إلى انخفاض المبيعات. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

طوّرت شركات DNA Plant Technology (DNAP) وAgritope و Monsanto طماطمًا تؤخر نضجها عن طريق منع إنتاج الإيثيلين ، ^{[ 11 ]} وهو هرمون يحفز نضج الثمار. ^{[ 12 ]} وقد ثبّطت جميع أنواع الطماطم الثلاثة إنتاج الإيثيلين عن طريق تقليل كمية حمض 1-أمينوسيكلوبروبان-1-كربوكسيليك (ACC)، وهو المركب الأولي للإيثيلين. أما طماطم DNAP، المسماة Endless Summer، فقد زُوّدت بنسخة مختصرة من جين إنزيم ACC synthase ، مما أدى إلى تعطيل عمل هذا الإنزيم الداخلي . ^{[ 11 ]} في حين زُوّدت طماطم Monsanto بجين إنزيم ACC deaminase من بكتيريا التربة Pseudomonas chlororaphis، مما أدى إلى خفض مستويات الإيثيلين عن طريق تحليل حمض ACC. ^{[ 13 ]} أدخلت شركة أغريتوب جينًا مُشفِّرًا لإنزيم هيدرولاز S-أدينوسيل ميثيونين (SAMase) مُستخلصًا من عاثية البكتيريا T3 من الإشريكية القولونية ، مما أدى إلى خفض مستويات S-أدينوسيل ميثيونين، وهو مُركَّب طليعي لـ ACC. ^{[ 14 ]} تم اختبار لعبة Endless Summer لفترة وجيزة في السوق، لكن نزاعات براءات الاختراع أجبرت على سحبها. ^{[ 15 ]}

نجح علماء في الهند في تأخير نضج الطماطم عن طريق تعطيل جينين مسؤولين عن إنزيمات تعديل البروتين السكري N ، وهما ألفا-مانوزيداز وبيتا-دي إن-أسيتيل هيكسوزامينيداز. لم تظهر على الثمار المُعدّلة أيّة علامات تلف ظاهرة بعد تخزينها في درجة حرارة الغرفة لمدة 45 يومًا، بينما تعفّنت الطماطم غير المُعدّلة. ^{[ 16 ]} في الهند، حيث يُهدر 30% من الفاكهة قبل وصولها إلى السوق بسبب نقص التبريد وضعف البنية التحتية للطرق، يأمل الباحثون أن تُسهم الهندسة الوراثية للطماطم في تقليل الهدر. ^{[ 17 ]}

تُعدّ الضغوطات اللاأحيائية ، كالصقيع والجفاف وارتفاع ملوحة التربة، عوامل مُحدِّدة لنمو الطماطم. ^{[ 18 ]} ورغم عدم وجود نباتات مُعدَّلة وراثيًا مُقاومة للضغوطات مُسوَّقة تجاريًا حاليًا، فقد خضعت تقنيات التعديل الوراثي للبحث. طُوِّر نوعٌ مبكرٌ من الطماطم يحتوي على جين مُضاد للتجمد ( afa3 ) من سمك الفلوندر الشتوي، بهدف زيادة مقاومة الطماطم للصقيع، وقد أصبح هذا النوع رمزًا في السنوات الأولى من النقاش حول الأغذية المُعدَّلة وراثيًا ، لا سيما فيما يتعلق بالمعضلة الأخلاقية المُتصوَّرة لدمج جينات من أنواع مختلفة. اكتسبت هذه الطماطم لقب "طماطم السمك". ^{[ 19 ]} وُجِد أن البروتين المُضاد للتجمد يُثبِّط إعادة تبلور الجليد في دم سمك الفلوندر، لكن لم يكن له أي تأثير عند التعبير عنه في نبات التبغ المُعدَّل وراثيًا. ^{[ 20 ]} لم تُسوَّق الطماطم الناتجة تجاريًا، ربما لأن النبات المُعدَّل وراثيًا لم يُظهر أداءً جيدًا في مقاومة الصقيع أو غيرها من الخصائص الزراعية. ^{[ 20 ]} من الأمثلة الأخرى على فشل محاولات تحمل البرد، بكتيريا الإشريكية القولونية المعدلة وراثيًا لإنتاج إنزيم مختزل الجلوتاثيون (GR): فقد نجح باحثون آخرون في إنتاج نبات التبغ (Nicotiana tabacum) المقاوم للبرد عن طريق إدخال إنزيمات مختلفة في البلاستيدات ، والتي لوحظ بالفعل أنها أكثر نشاطًا تحت ظروف الإجهاد البارد في الكائن المانح. وبناءً على ذلك، افترض بروغمان وآخرون (1999) أن الأمر نفسه سينطبق على نقل إنزيم مختزل الجلوتاثيون من الإشريكية القولونية إلى بلاستيدات نبات الطماطم (Solanum lycopersicum) ونبات الريحان (Solanum peruvianum ). قاموا بزيادة التعبير عن إنزيم GR المانح ، مما عزز نشاط إنزيم GR الداخلي. وعلى الرغم من زيادة النشاط الكلي لإنزيم GR، لم يطرأ أي تحسن في تحمل البرد. ^{[ 21 ]}

أُدخلت جينات أخرى من أنواع مختلفة إلى الطماطم بهدف زيادة مقاومتها لعوامل بيئية متنوعة. فعلى سبيل المثال، أُدخل جين من الأرز ( Osmyb4 )، الذي يُشفّر عامل نسخ ، والذي ثبتت قدرته على زيادة تحمل البرد والجفاف في نباتات رشاد أذن الفأر المعدلة وراثيًا ، إلى الطماطم. أدى ذلك إلى زيادة تحمل الجفاف، ولكن لم يظهر أي تأثير على تحمل البرد. ^{[ 22 ]} كما أدى الإفراط في التعبير عن ناقل الصوديوم /الهيدروجين ^الفجوي ( AtNHX1 ) من رشاد أذن الفأر إلى تراكم الأملاح في أوراق النباتات، وليس في الثمار ^، مما سمح لها بالنمو بشكل أفضل في المحاليل الملحية مقارنةً بالنباتات البرية . ^{[ 23 ] [ 24 ]} أما جينات التبغ الأسموزية التي أُفرط في التعبير عنها في الطماطم، فقد أنتجت نباتات ذات محتوى مائي أعلى من النباتات البرية، مما زاد من تحملها للجفاف والإجهاد الملحي. ^{[ 25 ]}

تم إدخال سم مبيد حشري من بكتيريا Bacillus thuringiensis في نبات الطماطم. ^{[ 26 ]} أظهرت هذه النباتات، عند اختبارها ميدانيًا، مقاومةً لدودة التبغ القرنية ( Manduca sexta )، ودودة ثمار الطماطم ( Heliothis zea )، ودودة ثمار الطماطم الدبوسية ( Keiferia lycopersicella )، وثاقبة ثمار الطماطم ( Helicoverpa armigera ). ^{[ 27 ] [ 28 ]} لم تُظهر تجربة تغذية استمرت 91 يومًا على الفئران أي آثار ضارة، ^{[ 29 ]} إلا أن طماطم Bt لم تُسوَّق تجاريًا. كما تم إنتاج طماطم مقاومة لديدان العقد الجذرية عن طريق إدخال جين مثبط بروتياز السيستين من القلقاس . ^{[ 30 ]} تم إدخال جين سيكروبين B المُصنّع كيميائيًا، والذي يوجد عادةً في عثة الحرير العملاقة (Hyalophora cecropia)، إلى نباتات الطماطم، وأظهرت الدراسات التي أُجريت على النباتات الحية مقاومةً كبيرةً للذبول البكتيري والبقعة البكتيرية . ^{[ 31 ]} عندما يُمنع إنتاج بروتينات جدار الخلية، بولي جالاكتيوروناز وإكسبانسين ، في الثمار، تصبح أقل عرضةً للإصابة بفطر بوتريتيس سينيريا من الطماطم العادية. ^{[ 32 ] [ 33 ]} يمكن للطماطم المقاومة للآفات أن تُقلل من الأثر البيئي لإنتاج الطماطم، وفي الوقت نفسه تزيد من دخل المزارع. ^{[ 34 ]}

أُجريت تعديلات جينية على الطماطم في محاولة لزيادة قيمتها الغذائية. ففي عام 2000، زاد تركيز فيتامين أ الأولي بإضافة جين بكتيري يُشفّر إنزيم فيتوين ديسايتوريز ، مع بقاء إجمالي كمية الكاروتينات كما هو. ^{[ 35 ]} واعترف الباحثون آنذاك بأنه لا أمل في زراعتها تجاريًا بسبب معارضة التعديل الوراثي. وصرحت سو ماير، من جماعة الضغط "جين ووتش" ، لصحيفة " الإندبندنت " بأنها تعتقد أنه "إذا تم تغيير التركيب الكيميائي الحيوي الأساسي، فمن الممكن تغيير مستويات عناصر غذائية أخرى بالغة الأهمية للصحة". ^{[ 36 ]} وفي الآونة الأخيرة، ابتكر العلماء طماطم زرقاء زادت من إنتاج الأنثوسيانين ، وهو مضاد للأكسدة في الطماطم، بعدة طرق. فقد أضافت إحدى المجموعات عامل نسخ لإنتاج الأنثوسيانين من نبات رشاد أذن الفأر ^{[ 37 ]،} بينما استخدمت مجموعة أخرى عوامل نسخ من نبات أنف العجل ( أنتيرينوم ). ^{[ 38 ]} عند استخدام جينات زهرة أنف العجل، احتوت الثمار على تركيزات أنثوسيانين مماثلة لتلك الموجودة في التوت الأسود والتوت الأزرق . ^{[ 39 ]} أسس جوناثان جونز وكاثي مارتن، من مركز جون إينز ، مخترعا الطماطم الزرقاء المعدلة وراثيًا باستخدام جينات زهرة أنف العجل ، شركةً تُدعى نورفولك بلانت ساينسز ^{[ 40 ]} لتسويق الطماطم الزرقاء. وقد تعاونا مع شركة كندية تُدعى نيو إنرجي فارمز لزراعة محصول كبير من الطماطم الزرقاء، بهدف إنتاج عصير لاختباره في التجارب السريرية تمهيدًا للحصول على الموافقات التنظيمية. ^{[ 41 ] [ 42 ]}

وقد حاولت مجموعة أخرى زيادة مستويات الإيسوفلافون ، المعروف بخصائصه المحتملة في الوقاية من السرطان، عن طريق إدخال إنزيم إيسوفلافون سينثاز الموجود في فول الصويا إلى الطماطم. ^{[ 43 ]}

في عام 2021، أصدرت شركة ساناتيك سيد اليابانية صنف طماطم سيسيليان روج عالي GABA بمستويات مرتفعة من حمض جاما-أمينوبيوتيريك . ^{[ 2 ]}

عندما تم التعبير عن إنزيم جيرانيول سينثاز من الريحان الليموني ( Ocimum basilicum ) في ثمار الطماطم تحت سيطرة محفز خاص بالثمار، فضّل 60% من متذوقي الطعام غير المدربين طعم ورائحة الطماطم المعدلة وراثيًا. احتوت الثمار على حوالي نصف كمية الليكوبين . ^{[ 44 ]}

تُجرى دراسات على الطماطم (إلى جانب البطاطس والموز ونباتات أخرى) لاستخدامها كناقلات للقاحات غذائية . وقد أُجريت تجارب سريرية على الفئران باستخدام طماطم مُعدّلة وراثيًا لإنتاج أجسام مضادة أو بروتينات تحفز إنتاج الأجسام المضادة ضد فيروس نوروفيروس ، وفيروس التهاب الكبد ب ، وداء الكلب ، وفيروس نقص المناعة البشرية ، والفيروس المخلوي التنفسي ، وبكتيريا الجمرة الخبيثة . ^{[ 45 ]} ويبحث علماء كوريون في استخدام الطماطم لإنتاج لقاح ضد مرض الزهايمر . ^{[ 46 ]} وقادت هيلاري كوبروفسكي ، التي شاركت في تطوير لقاح شلل الأطفال ، فريقًا من الباحثين في تطوير طماطم مُعدّلة وراثيًا لإنتاج لقاح مُعاد التركيب ضد متلازمة الالتهاب الرئوي الحاد ( سارس) . ^{[ 47 ]}

تُستخدم الطماطم ككائن نموذجي في البحث العلمي، وكثيرًا ما تُعدّل وراثيًا لتعزيز فهم عمليات معينة. وقد استُخدمت كنموذج في الاستنساخ القائم على الخرائط الجينية ، حيث يجب إنتاج نباتات معدلة وراثيًا لإثبات عزل جين معين بنجاح. ^{[ 48 ]} تم التعرف على هرمون ببتيدي نباتي ، يُسمى سيستمين ، لأول مرة في نباتات الطماطم، واستُخدم التعديل الوراثي لإثبات وظيفته، وذلك بإضافة جينات مضادة لتثبيط الجين الأصلي أو بإضافة نسخ إضافية منه. ^{[ 49 ] [ 50 ]}