Weizen liefert nicht nur Mehl für Brot, Nudeln und Gebäck. Er ist auch ein wichtiger Rohstoff für Stärke. Diese Stärke steckt in Lebensmitteln, wird aber auch in Papier, Verpackungen, Kosmetik, Pharmazie, Textilien und biochemischen Produkten genutzt. Forschende des John Innes Centre in Großbritannien haben nun Hartweizen gezüchtet, dessen Stärkekörner deutlich größer sind als üblich. Das könnte Folgen für Lebensmittel und industrielle Verfahren haben.
Die Arbeit erschien in „Science Advances“. Sie ist zunächst ein Proof-of-Concept. Die neue Weizenlinie ist also noch kein marktreifes Lebensmittel und auch keine fertige Industrielösung. Sie zeigt aber, dass sich die Größe von Stärkekörnern in Getreide gezielt verschieben lässt. Genau das war bislang schwierig, weil die genetischen und zellulären Stellschrauben nur begrenzt verstanden waren.
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Warum größere Stärkekörner interessant sind
Stärke besteht aus vielen kleinen Körnern, sogenannten Granula. In Weizen kommen vor allem zwei Typen vor: größere, flache A-Typ-Körner und kleinere, eher runde B-Typ-Körner. Bei normalem Weizen erreichen A-Typ-Stärkekörner typischerweise etwa 20 µm. Die neue Hartweizenlinie bildete dagegen A-Typ-Körner mit bis zu 50 µm. Mehr als die Hälfte der Körner erreichte 30 µm. Bei herkömmlicher Weizenstärke liegt dieser Anteil laut John Innes Centre nur bei etwa 6 %.
Das ist nicht nur mikroskopisch interessant. Die Größe der Stärkekörner beeinflusst, wie Enzyme die Stärke angreifen können. Größere Körner bieten im Verhältnis weniger Oberfläche. Dadurch könnte ihre Stärke langsamer verdaut werden. Stärke, die der Verdauung im oberen Verdauungstrakt teilweise entgeht, zählt zur resistenten Stärke. Sie wirkt eher wie ein Ballaststoff und kann im unteren Darmabschnitt verarbeitet werden.
Wichtig ist die Einschränkung: Ob Lebensmittel aus diesem Weizen tatsächlich den Blutzucker nach dem Essen senken oder das Darmmikrobiom positiv verändern, ist noch nicht belegt. Genau das wollen die Forschenden erst testen. Geplant sind unter anderem Nudeln aus dem neuen Material und anschließende Humanstudien.
Zwei Stellschrauben im Korn
Der Ansatz der Forschenden war vergleichsweise klar: Wenn ein Stärkekorn größer werden soll, braucht es mehr Platz und weniger Konkurrenz. Der Platz befindet sich im Amyloplasten. Das ist ein Speicherraum in der Zelle, in dem das Weizenkorn Stärke einlagert. Konkurrenz entsteht, wenn viele neue Stärkekörner gleichzeitig entstehen und um dieselben Bausteine konkurrieren.
Das Team veränderte deshalb zwei biologische Stellschrauben. In den Zellen entstand mehr Raum für die Stärkespeicherung, zugleich bildeten sich weniger neue Stärkekörner. Damit hatten die einzelnen Körner mehr Platz und mehr Material zum Wachsen. Eine einzelne Veränderung reichte dafür nicht aus. Erst die Kombination beider Effekte ließ die Stärkekörner so groß werden.
Rose McNelly, Erstautorin der Studie, beschreibt den Moment so: „Wir hatten gehofft, dass unsere Hypothese zutreffen würde – dass wir bei mehr Platz zum Wachsen und weniger Konkurrenz um Nährstoffe größere Körner erhalten würden –, aber wir waren völlig überrascht, wie groß die neuen Körner tatsächlich waren. Wir mussten sogar die Blende des Partikelgrößenanalysators anpassen, um den gesamten Größenbereich erfassen zu können“.
TILLING statt eingefügter Fremdgene
Wichtig ist die Einordnung: Die Pflanzen entstanden nicht dadurch, dass fremde Gene eingefügt wurden. Das Team arbeitete mit einer sogenannten TILLING-Mutantenpopulation des John Innes Centre. Vereinfacht gesagt ist das eine große Sammlung von Pflanzen, in deren Erbgut viele unterschiedliche Mutationen vorkommen. Forschende können darin gezielt nach Pflanzen suchen, bei denen bestimmte Gene verändert sind.
Genau das machten sie in diesem Fall. Sie wählten Pflanzen aus, bei denen zwei natürliche Steuerstellen für die Stärkebildung verändert waren. Die eine Veränderung beeinflusste den Speicherraum in der Zelle. Die andere wirkte darauf, wie viele neue Stärkekörner entstehen. Anschließend kreuzte das Team diese Pflanzen miteinander. So entstand eine Linie, die beide Eigenschaften vereinte.
Für die Bewertung ist das wichtig. Denn Mutationszüchtung, Genomeditierung und klassische Gentechnik sind nicht dasselbe. Die Studie zeigt einen gezielten Ansatz aus der Pflanzenforschung. Sie liefert aber noch kein zugelassenes Produkt für Landwirtschaft, Lebensmittelproduktion oder Industrie.
Was das für Lebensmittel und Industrie bedeuten könnte
Bei Lebensmitteln stehen vor allem Verdauung, Mundgefühl und Verarbeitung im Vordergrund. Größere Stärkekörner könnten dazu führen, dass Pasta oder Brot langsamer verdauliche Stärke enthalten. Das wäre vor allem mit Blick auf den Blutzucker und das Darmmikrobiom interessant. Ob dieser Effekt in fertigen Lebensmitteln tatsächlich messbar ist, müssen jedoch erst weitere Versuche zeigen.
In der Industrie zählt weniger der Ernährungsaspekt als das technische Verhalten der Stärke. Sie wird dort als Bindemittel, Verdickungsmittel oder Hilfsstoff in der Verarbeitung eingesetzt. Größere Stärkekörner lassen sich je nach Verfahren leichter abtrennen. Außerdem beeinflusst ihre Größe Eigenschaften wie Viskosität und Verkleisterungstemperatur. Das ist wichtig, wenn Stärke erhitzt, gemischt, gepumpt oder als Schicht auf Oberflächen aufgetragen wird.
Mögliche Anwendungsfelder sind:
- Papierherstellung und Verpackungen
- Mehlmüllerei und Lebensmittelverarbeitung
- Pharmazeutische Hilfsstoffe
- Kosmetik und Textilien
- biochemische Produkte
Noch bleibt das vorsichtig zu lesen. Die Studie eröffnet technische Möglichkeiten. Sie beweist aber nicht, dass bestehende industrielle Prozesse sofort ersetzt oder verbessert werden.
Wirkung auch unter Feldbedingungen
Ein wichtiger Punkt für die technische Bewertung: Der Effekt trat nicht nur im Gewächshaus auf. Laut Studienzusammenfassung war die größere Korngröße auch unter Feldbedingungen reproduzierbar. Zudem fanden die Forschenden keinen nachweisbaren Effekt auf Pflanzenwachstum, Korngröße sowie Stärkegehalt und Stärkezusammensetzung.
Das macht den Ansatz belastbarer. Viele Pflanzenexperimente funktionieren unter kontrollierten Bedingungen, verlieren aber im Feld an Aussagekraft. Hier deutet zumindest die Studienlage darauf hin, dass die veränderte Stärkegröße nicht automatisch zulasten zentraler Pflanzenmerkmale ging. Für eine landwirtschaftliche Nutzung wären dennoch weitere Versuche nötig.
Der nächste Schritt: Nudeln aus Riesenstärke
Die Forschenden wollen nun gemeinsam mit dem Quadram Institute Lebensmittel aus dem neuen Hartweizen herstellen. Im Fokus stehen Nudeln. Danach sollen Humanstudien zeigen, ob die Stärke tatsächlich resistenter gegenüber Verdauung ist und ob sich Effekte auf Blutzuckerreaktion oder Darmmikrobiom messen lassen.
Dr. Fred Warren, Gruppenleiter am Quadram Institute und Mitautor der Veröffentlichung, sagt dazu: „Variationen in der Größe der Stärkekörner innerhalb einer einzigen Getreideart sind höchst neuartig, und wir wissen noch nicht, welche Auswirkungen dies auf die Verdauung von Lebensmitteln und das Darmmikrobiom haben könnte. Am Quadram Institute arbeiten wir mit dem John Innes Centre zusammen, um zu verstehen, welche Auswirkungen dies auf die Entwicklung neuartiger Lebensmittel mit zusätzlichen gesundheitlichen Vorteilen haben könnte.“
