Das Essen von nur 50 Bittermandeln kann genug Cyanwasserstoff freisetzen, um einen Erwachsenen in weniger als 3 Minuten zu töten. Glücklicherweise ist die süße Sorte, die wir in Lebensmittelgeschäften aus Behältern schöpfen, dank einer Mutation sicher zu essen.

Während der Einzelgenfehler hinter der Mandelschmackhaftigkeit seit einem Jahrhundert erkannt wird, war eine Genomsequenzierung erforderlich um die komplexe Kontrolle des Merkmals aufzudecken. Raquel Sánchez-Pérez, Biochemiker bei CEBAS-CSIC, einem Agrarforschungszentrum in Spanien, und Kollegen an der Universität von Kopenhagen und anderswo in Europa, veröffentlichten ihre Ergebnisse im Juni in Science.

A Beloved Nut Through Geschichte

Mandeln führen Pistazien, Paranüsse, Walnüsse, Pekannüsse, Cashewnüsse und Pinienkerne in der Beliebtheit von Baumnüssen an, wobei Erdnüsse die beliebteste Erdnuss sind.

2016 scherzte Michelle Obama, dass ihr Ehemann genau konsumiert 7 Mandeln pro Nacht. „Das ist es!“ rief sie aus. Als die New York Times die Beobachtung ernsthaft berichtete, wurde das Essen von 7 Mandeln zu einer Sache.

Schlagzeilen schreien die Attribute. „9 evidenzbasierte gesundheitliche Vorteile von Mandeln“ listet Vitamine, Mineralien und Anti- Oxidationsmittel, die den Nüssen die Senkung von Blutzucker, Cholesterin und Hunger zuschreiben. So viele Artikel preisen die Fähigkeit von Mandeln, „Körperfett wegzuschmelzen“, dass es wahr sein muss.

Der Nachweis des Mandelanbaus stammt aus dem Fruchtbaren Halbmond, der vor etwa 11.650 Jahren begann. Plinius der Ältere schrieb in seiner Enzyklopädie Naturalis Historia im ersten Jahrhundert nach Christus, dass die Römer wussten, wie man die Bitterkeit und das Gift von Mandeln entfernt. Die Nüsse wurden ab 1324 v. Chr. in König Tuts Grab entdeckt. Ein christlicher Text aus dem vierten Jahrhundert beschreibt das Durchstechen und Verstopfen von a Baumstamm bewirkt, dass „die … bitteren Mandeln“ „die Säure ihres Saftes verlieren und zu köstlichen Früchten werden“.

Cyanid!

Die harten Kerne der bitteren Nüsse der Der Mandelbaum Prunus amygdalus teilt mit anderen Mitgliedern der Rosaceae-Familie die Fähigkeit, Cyanwasserstoff freizusetzen, ein Gas, das aus einem Kohlenstoff besteht, der durch drei Bindungen an einen Stickstoff gehalten wird. Samen von Äpfeln, Flachs und Maniok (auch bekannt als Maniok) und der Harte Innereien von Pfirsichen, Pflaumen und Aprikosen setzen ebenfalls Cyanid frei.

Das Aroma des verwendeten Cyanwasserstoffgases Als Gift wird in Kriminalromanen als „Bittermandel“ bezeichnet, das wohl berühmteste wahrscheinlich funkelnde Cyanid von Agatha Christie, das 1945 als „Remembered Death“ veröffentlicht wurde. Es war Teil von Zyklon B, der Schlüsselkomponente dessen, was die Nazis in die Gaskammern schickten. Die Cyanidpillen, die angeblich Spione gefangen haben, sind Salze, Kaliumcyanid oder Natriumcyanid. Sie töten in etwa 5 Minuten ab.

Das Cyanid in Mandeln stammt aus der Reaktion einer biochemischen Substanz namens Amygdalin, die sich aus einem Molekül namens Prunasin bildet, das sich aus der Aminosäure Phenylalanin bildet. Wie bei jedem biochemischen Weg katalysiert (beschleunigt) ein Enzym jeden Schritt.

In einem Phänomen, das dem Einrasten eines Leuchtstabs bei einem Phish-Konzert ähnelt, beherbergt die Pflanze die chemischen Vorläufer der Cyanidproduktion in verschiedenen Teilen die in Kontakt kommen, wenn ein Insekt oder ein anderer Pflanzenfresser eine Nuss knirscht. In den „Wildtyp“ -Pflanzen (nicht mutierte Pflanzen) mit bitteren Nüssen wird Prunasin, das sich unter der Samenschale angesammelt hat, in Richtung der sich entwickelnden Blättchen befördert, wo Enzyme es in Amygdalin umwandeln.

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Knirschende Kiefer setzen Cyanid und Benzaldehyd frei, die Quelle des bitteren Geschmacks. Während das Tier schnell erliegt, erhält der Baum eine kurze Explosion von Kohlenstoff- und Stickstoffnährstoffen.

Aber in mutierten Mandelpflanzen wird Prunasin zerstört, bevor es die Abwehr aktivieren kann, die Dr. Sánchez-Pérez 2008 beschrieben hat. Kein Toxin, keine Bitterkeit und ein süßer Geschmack. Die Mutation, die wir genießen, schadet dem Baum, indem er ihn für Pflanzenfresser anfällig macht.

Cyanid erstickt im Wesentlichen Zellen, ersetzt Sauerstoff in den Mitochondrien und blockiert die Umwandlung der Energie, die in den Bindungen von Nährstoffmolekülen enthalten ist, in ATP, das biologische Energiewährung. Das ist der Grund, warum Tiere, die das Pech haben, in eine Todesnuss zu beißen, so schnell am Ende sind.

Amygdalin wurde in den 1970er Jahren unter einem anderen Namen berühmt: Laetrile, das behauptete Krebsheilmittel – alles aus Aprikosengruben, die schließlich verdienten die Verbindung die Auszeichnung, eines der besten Beispiele für medizinische Quacksalber zu sein. Laetrile wurde auch als „Vitamin B17“ beworben, obwohl es kein Vitamin ist.

Interessanter war Amygdalins Rolle beim „Tod durch Pfirsich“, der im zweiten Jahrtausend in Ägypten praktiziert wurde, als die Gruben zur Vergiftung von Priestern verwendet wurden, die als Verräter deklariert wurden. Die Chemiker isolierten die Verbindung erstmals Anfang des 19. Jahrhunderts aus Mandeln Es gehört zu einer Klasse natürlicher Toxine, die als cyanogene Glykoside bezeichnet werden und von mehr als 3.000 Pflanzenarten produziert werden.

Suche nach süßeren Nüssen

Vor genau einem Jahrhundert haben Experimente, die an Gregor Mendel selbst erinnern, dies gezeigt Ein einzelnes Gen kontrolliert die Bitterkeit oder Süße von Mandeln.

In einem Artikel in Genetics, „Der Faktor für Bitterkeit in der Süßmandel“, beschrieb Meyer J. Heppner Experimente, die er von 1916 bis 1919 auf der University Farm in Davis durchgeführt hatte , Kalifornien. Er versuchte, die Blüte um einige Tage zu verzögern, damit die Bäume den späten Frost überleben konnten.

Die Zahlen der von Heppner errichteten Brutkreuze ließen mich direkt zu Mendels Erbsen zurückblitzen: 32 Kreuze brachten 602 Bäume hervor, Davon blühten 243 während des Untersuchungszeitraums und ergaben 208 mit süßen Mandeln und 59 mit bitteren Mandeln.

Für einen Genetiker ist dies ein klassisches Mendelsches Verhältnis von 3: 1, was darauf hinweist, dass eine Version des Merkmals dominiert. und eine rezessive. Die Tatsache, dass „bitter“ rezessiv ist, erklärt, warum es unerwartet auftaucht, genau wie Mendels faltige grüne Erbsen.

Heppner formulierte es so: „Es gibt fast ein perfektes Verhältnis von 3: 1, 3,028: 0,972. Diese enge Annäherung an das theoretische Mendelsche Monohybrid-Verhältnis zeigt, dass alle in den obigen Kreuzen dargestellten Mandelsorten hinsichtlich der Süße des Kerns heterozygot sind. Sie müssen die genetische Konstitution Bb haben, wobei b den Faktor für Bitterkeit als rezessiven Charakter und B den Faktor für Süße als dominanten Charakter darstellt. Es ist möglich, dass im Bittermandelbaum eine Mutation mit der Süßmandel als Ergebnis aufgetreten ist . ”

Also versuchte Heppner, für spätere Pumphose auszuwählen und fand stattdessen süßere Nüsse. Die Forscher würden schließlich geschickt das Gen benennen, das dem mutierten „süßen Kern“ Süße verleiht. Bitterkeit kann scheinbar erneut auftreten, wenn Bienen „b“ -tragende Pollen zu „b“ -tragenden Eizellen in Blumen tragen.

Es war das Wiederauftauchen rezessiver Merkmale, die Mendels Arbeit inspirierten. Aber das Theoretische ist auch praktisch. In jeder Jahreszeit müssen neue Bäume getestet (verkostet) und solche mit Bittermandeln weggeworfen werden. Es war verschwenderisch. Halten Sie diesen Gedanken fest.

Der genomische Ansatz

Die Quelle der Süße zu finden war a Als die Forscher herausfanden, dass sich die beiden Gene, deren Proteinprodukte für die Synthese von Amygdalin notwendig sind, in bitteren und süßen Bäumen nicht unterschieden, suchten sie nach Genen, die die Expression dieser Gene steuern. Es ist ein bisschen wie bei zwei Personen, die dasselbe tragen Kleidungsstück, wie ein Schal, auf ganz andere Weise.

Proteine, die als Transkriptionsfaktoren bezeichnet werden, steuern, ob andere Gene ein- oder ausgeschaltet werden. Würde die Zusammenstellung der Genomsequenz des Mandelbaums Transkriptionsfaktor-Gene aufdecken, die dies erklären könnten zur Unterscheidung zwischen bittere und süße Nüsse?

Tatsächlich gruppieren sich innerhalb des Mandelgenoms fünf Transkriptionsfaktor-Gene auf einem Chromosom. Sie werden bHLH genannt, was für „Basic Helix-Loop-Helix“ steht, für die dreidimensionale Form, die es diesen Proteinen ermöglicht, bestimmte Sätze von Genen ein- und auszuschalten und ihre Aktivitäten zu steuern.

Of Die fünf bHLH-Gene, nur eines, bHLH2, wird bei Bäumen, die süße oder bittere Mandeln liefern, unterschiedlich ein- oder ausgeschaltet. Es handelt sich also um das lang ersehnte „süße Kern“ -Gen.

Ein winziger genetischer Fehler, Veränderung von Ein Cytosin (C) zu einem Thymin (T) verändert eine Aminosäure im Transkriptionsfaktor so, dass sie nicht die normal geformte, gestapelte Paare annehmen kann. Infolgedessen werden die beiden Gene für Amygdalin nicht aktiviert, wodurch der biochemische Weg zur Bitterkeit unterbrochen wird. Die Mandeln sind süß.

Zusätzlich zur Lösung des Rätsels um die Herkunft leckerer Mandeln wurden in der neuen Arbeit Variationen in den das bHLH2-Gen umgebenden DNA-Sequenzen identifiziert. Diese können in einen diagnostischen Test einbezogen werden, um Sämlinge auszuwählen, die Pflanzen mit süßen Nüssen liefern, anstatt drei bis fünf Jahre lang Bäume wachsen zu lassen, um festzustellen, ob die Nüsse giftig oder süß sind. Auf diese Weise können Forscher andere Gene auswählen oder modifizieren, ohne sich um das Auftreten des rezessiven Bitterkeitsmerkmals kümmern zu müssen. Dies spart Kosten und Landnutzung.

Implikationen wirken sich über die gängigen Nüsse hinaus aus.Die Forscher schlagen einen genomischen Ansatz vor, um Toxine in anderen Pflanzen frühzeitig zu erkennen, darunter Gossypol in Baumwolle (ein männliches Verhütungsmittel), das Antioxidans Anthocyane in Erdbeeren, Linamarin und Lotaustralin, die in Maniok Cyanid produzieren, und Saponine, die Quinoa bitter machen.

Mein Lieblingsteil der Mandelgeschichte? Die Demonstration des Genies von Wissenschaftlern wie Gregor Mendel, deren Beobachtungen und kluge Experimente, ohne Unterstützung der Technologie, dennoch die Naturgesetze enthüllten.