Es ist die beliebteste psychoaktive Substanz der Welt und wird täglich von Milliarden konsumiert. Wir lieben es so sehr, dass wir eine spezielle Maschine geschickt haben, um es im Weltraum zu schaffen. Bisher hat der Kaffee jedoch mehrere Geheimnisse für seinen Erfolg bewahrt. Wie hat die Pflanze ihren Koffeinkick bekommen? Wie produziert die Bohne ihr geschätztes Aroma und ihren Geschmack? Und kann Kaffee eigentlich gut für Sie sein?
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KaufenJetzt haben Wissenschaftler das Genom von Robusta-Kaffee ( Coffea canephora ) sequenziert, auf den etwa ein Drittel der unglaublichen 2, 25 Milliarden Tassen Joe, die wir täglich trinken, entfallen. (Die eng verwandte Arabica-Art füllt den größten Teil der Becher der Welt.) In einem heute in der Fachzeitschrift Science veröffentlichten Artikel, der das Kaffeegenom beschreibt, werden auch die genetischen Sequenzen der Pflanze mit denen von Weinrebe, Tomate und Arabidopsis verglichen, einem gängigen Modellorganismus in Pflanzenbiologie, die einige der einzigartigen Anpassungen des Kaffees enthüllt. Mit diesem neuen Tool könnten weitere Untersuchungen dazu beitragen, Antworten auf diese Kaffeerätsel zu finden.
Warum würden Pflanzen Koffein produzieren?
Auch wenn wir uns nach unserem morgendlichen Ruck sehnen, ist es nicht offensichtlich, warum die Kaffeepflanze in natürlichen Umgebungen Koffein entwickeln würde. Der Koautor der Studie, Victor Albert, ein Evolutionsbiologe für Pflanzen an der Universität von Buffalo, sagt, dass es drei führende Theorien gibt, um das Phänomen zu erklären.
Koffein kann Pflanzenfresser davon abhalten, die Blätter zu essen. "Koffein reichert sich in den Blättern extrem stark an", sagt Albert. Es gab sogar Versuche, Tee aus Kaffeeblättern zu machen, aber es schmeckt nicht wie Kaffee aus Bohnen. Es ist auch möglich, dass Kaffeepflanzen Koffein verwenden, um ihre Nachbarn zu überholen. "Die Idee ist, dass nach dem Fall der Blätter Koffein zusammen mit anderen Verbindungen in den Boden auslaugt und die Keimung von Samen anderer Pflanzen im Wettbewerb um begrenzte Ressourcen, Licht und Raum hemmt", sagt er. Oder Koffein kann Bestäuber anziehen, indem es ihnen ein Summen gibt. „Letztes Jahr in Science veröffentlichte Forschungsergebnisse legen nahe, dass Koffein Bestäuber an sich bindet. Es wirkt sich auf sie auf ähnliche Weise aus wie auf uns - es lässt sie immer wieder zurückkehren, um mehr zu erreichen “, sagt Albert.
Die Antwort auf dieses langjährige Rätsel steckt zwar nicht in der neuen Studie, aber wir haben jetzt das detaillierte Genom der Pflanze. "Es würde mich nicht überraschen, wenn alle drei Theorien bis zu einem gewissen Grad zutreffen", sagt Albert.
Wie hat sich Koffein entwickelt?
Laut Albert haben Biologen über zwei genetische Wege nachgedacht, um Koffein zu produzieren. Eine Idee ist, dass alle Blütenpflanzen die Gene hatten, mit denen sie anfingen, und nur wenige begannen, ernsthaft Koffein zu produzieren. Oder die Biosynthese von Koffein entwickelte sich mehrmals über einzigartige Wege in entfernt verwandten Pflanzengruppen.
Die Genomstudie bestätigt dieses zweite Szenario. Die Analyse zeigt, dass die Gene, die Koffein im Kaffee brauen, sich von denen unterscheiden, aus denen die Verbindung in Tee und Kakao besteht. "Kaffee und Tee hatten zuletzt vor vielleicht 100 Millionen Jahren einen gemeinsamen Vorfahren", sagt Albert. „Kaffee und Schokolade vor vielleicht 120 Millionen Jahren. Wir sprechen also von Pflanzen, die seit langer Zeit getrennt sind und die Fähigkeit, Koffein zu produzieren, unabhängig voneinander entwickelt haben. “
Die Pflanzen tragen Versionen der gleichen Koffein-Gene, aber winzige Veränderungen haben große Unterschiede in ihrer biologischen Rolle ausgelöst. "Die Gene, die Koffeinenzyme in Kaffee codieren, haben zum Beispiel enge Verwandte in Schokolade, aber in Schokolade produzieren diese Gene kein Koffein, sondern etwas anderes", sagt Albert. „In der Designer-Enzymchemie gibt es ein großes Forschungsgebiet, in dem Menschen Enzymgruppen auf kleine Weise modifizieren, um völlig neue Funktionen zu übernehmen“, fügt er hinzu. "Diese Art der Designer-Chemie wurde zufällig von diesen koffeinproduzierenden Pflanzen in der Natur erreicht."
Ein Zibet isst reife Kaffeekirschen auf einer Plantage in Indonesien. (Tri Saputro / Demotix / Corbis) Was verleiht Kaffee seinen unwiderstehlichen Geschmack und sein unwiderstehliches Aroma?
Der hohe Koffeingehalt macht nicht nur Kaffee abhängig. Das neu beschriebene Genom erschließt auch die Ursprünge der besonderen Geschmäcker und Gerüche, die dazu führen, dass die Menschen nach mehr zurückkehren. "Unsere Studie hat Gene hervorgehoben, die Alkaloidverbindungen herstellen, die als bittere Aromen bekannt sind", sagt Albert. „Wir haben eine weitere Gruppe angereicherter Enzyme gefunden, die Flavonoidverbindungen herstellen, die ein weiteres Geschmackselement darstellen. Wir haben auch die Gene hervorgehoben, die an Fettsäurewegen beteiligt sind, sodass wir viele verschiedene genetische Aspekte von Aroma und Geschmack identifiziert haben. “
Wenn Sie genau herausfinden, welche Gene für die am meisten gewünschten Aromen oder Aromen verantwortlich sind, können Sie möglicherweise Kaffee produzieren, der durch selektive Züchtung oder Gentechnik mehr liefert, was wir lieben.
Können wir Kaffee gesünder machen?
Einige der vielen Verbindungen des Kaffees haben als stressfreudige Trinker Eigenschaften, die die menschliche Gesundheit fördern, wie z. B. Antioxidantien, die angeblich die Zellen vor Schäden schützen. Jüngste Arbeiten legen sogar nahe, dass das in Kaffee enthaltene Koffein den Menschen hilft, neue Erinnerungen zu bewahren. Andere Kaffeebestandteile sind jedoch weniger gesund oder sogar leicht krebserregend. (Zumindest ist es ein Mythos, dass Kaffee Ihr Wachstum bremst.)
All diese äußerst komplizierten chemischen Vorgänge können durch Genomanalysen beleuchtet werden, die die Grundlage für Züchtungs- oder genetische Manipulationsstrategien bilden könnten, um das Gute zu maximieren und den im Gebräu festgestellten Schaden zu minimieren. "Alles, was über Kaffee bekannt und von Interesse ist, könnte genetisch gezielt werden", sagt Albert.
Kann Kaffee den Klimawandel überleben?
Die kultivierte Kaffeepflanze wurde in Äthiopien geboren und Afrika bleibt das Zentrum der Kaffeevielfalt. Heute ist die Pflanze auch eine wichtige Ernte in Brasilien, Vietnam, Indonesien und Kolumbien. Diese weltweite Produktion ist jedoch von Sorten mit relativ geringer Vielfalt abhängig, was sie für Bedrohungen wie Krankheiten, Schädlinge und den Klimawandel anfällig macht.
Dani Zamir von der Hebräischen Universität in Jerusalem hofft, dass das Genom dazu verwendet werden kann, die Kaffeezucht zu fördern und die beliebte Ernte gedeihen zu lassen. "Der Schlüssel, um sicherzustellen, dass Kaffee als erschwingliche Ernte überlebt, liegt in der genetischen Variation afrikanischer Arten", schrieb Zamir in einem der Studie beigefügten perspektivischen Artikel. Kaffee hat im Vergleich zu vielen Pflanzen sehr spezifische Gene für die Resistenz gegen Krankheitserreger, wie das Genom zeigt, was möglicherweise ein taktisches Ziel für den Kampf der Landwirtschaft um gesunde Ernten darstellt.
Jüngste Umfragen in Äthiopien ergaben jedoch, dass Zamir "eine alarmierende Rate genetischer Erosion des Genpools aufgrund von Abholzung und unzureichenden Erhaltungsbemühungen" nannte. Er forderte, das neu sequenzierte Genom als Instrument zur Überwachung und Abschwächung dieser Bedrohungen zu verwenden genomisch unterstützte Züchtungsprojekte in kaffeeexportierenden Ländern sorgen für eine Zukunft, die qualitativ hochwertige Bohnen für den täglichen Bedarf der Welt umfasst.
