Naukowcy mają na celu zmniejszenie zawartości glutenu w pszenicy, aby była mniej uczulająca dla osób z celiakią i wrażliwością na gluten. Źródło:Jonathan Windham
Departament Rolnictwa Stanów Zjednoczonych identyfikuje grupę „wielkiej ósemki” żywności, która powoduje 90% alergii pokarmowych. Wśród tych produktów jest pszenica i orzeszki ziemne.
Sachin Rustgi, członek Crop Science Society of America, bada, w jaki sposób możemy wykorzystać hodowlę do opracowania mniej alergennych odmian tych pokarmów. Rustgi niedawno zaprezentował swoje badania na wirtualnym dorocznym spotkaniu ASA-CSSA-SSSA 2020.
Reakcjom alergicznym wywołanym przez pszenicę i orzeszki ziemne można oczywiście zapobiec, unikając tych pokarmów. „Chociaż brzmi to prosto, w praktyce jest to trudne”, mówi Rustgi.
Unikanie pszenicy i orzeszków ziemnych oznacza utratę zdrowej żywności. Te dwa produkty spożywcze to potęgi żywieniowe.
Pszenica jest doskonałym źródłem energii, błonnika i witamin. Orzeszki ziemne dostarczają białka, dobre tłuszcze, witaminy i minerały.
„Ludzie z alergiami pokarmowymi mogą bardzo starać się unikać pokarmów, ale możliwe jest również przypadkowe narażenie na alergen” – mówi Rustgi. Narażenie na alergen może prowadzić do hospitalizacji, szczególnie u osób z alergią na orzeszki ziemne.
„Dla innych unikanie pszenicy i orzeszków ziemnych nie jest łatwe ze względów geograficznych, kulturowych lub ekonomicznych” – wyjaśnia Rustgi.
Elektroforeza to technika naukowa stosowana do oddzielania cząsteczek DNA lub białek. Pokazany tutaj sposób, w jaki cząsteczki przemieszczają się przez żel, pomaga naukowcom zrozumieć ważne cechy. Źródło:Jonathan Windham
Rustgi i jego koledzy wykorzystują hodowlę roślin i inżynierię genetyczną do opracowania mniej alergizujących odmian pszenicy i orzeszków ziemnych. Ich celem jest zwiększenie opcji żywności dla osób z alergiami.
W przypadku pszenicy naukowcy koncentrują się na grupie białek, zwanej glutenem.
Gluten w mące chlebowej uelastycznia ciasto. Gluten przyczynia się również do ciągliwej tekstury chleba.
Ale gluten może wywołać reakcję immunologiczną u osób z celiakią. Ponadto inni doświadczają nadwrażliwości na gluten bez celiakii, co prowadzi do różnych niepożądanych objawów.
Naukowcy próbowali hodować odmiany pszenicy o niższej zawartości glutenu. Po części wyzwanie tkwi w skomplikowanej naturze genetyki glutenu. Informacje potrzebne do wytworzenia glutenu są wbudowane w DNA komórek pszenicy.
Ale gluten nie jest pojedynczym białkiem — to grupa wielu różnych białek. Instrukcje komórki potrzebne do wytworzenia poszczególnych białek glutenu są zawarte w różnych genach.
W pszenicy te geny glutenu są rozmieszczone w całym DNA komórki. Ponieważ tak wiele części DNA odgrywa rolę w tworzeniu glutenu, hodowcom roślin trudno jest hodować odmiany pszenicy o niższym poziomie glutenu.
Bakterie rosnące na tej szalce Petriego mogą pomóc w przenoszeniu materiału genetycznego z jednej rośliny do drugiej. Ta metoda w biotechnologii nazywana jest technologią rekombinacji DNA. Źródło:Jonathan Windham
„Kiedy rozpoczynaliśmy te badania, głównym pytaniem było, czy będzie możliwa praca nad cechą kontrolowaną przez tak wiele genów”, mówi Rustgi.
W przypadku orzeszków ziemnych sytuacja jest podobna. Orzeszki ziemne zawierają 16 różnych białek uznawanych za alergeny.
„Nie wszystkie białka z orzeszków ziemnych są jednakowo uczulające” – mówi Rustgi. Cztery białka wywołują reakcję alergiczną u ponad połowy osób wrażliwych na orzeszki ziemne.
Podobnie jak geny glutenu w pszenicy, geny alergenów orzeszków ziemnych są rozsiane po całym DNA orzeszków ziemnych.
„Wpływ na tak wiele celów nie jest łatwym zadaniem, nawet przy obecnej technologii”, mówi Rustgi.
Rustgi i zespół badawczy testują wiele odmian pszenicy i orzeszków ziemnych, aby znaleźć te, które są naturalnie mniej uczulające niż inne.
Te niskoalergiczne odmiany można krzyżować z odmianami upraw, które mają pożądane cechy, takie jak wysokie plony lub odporność na szkodniki. Celem jest opracowanie pszenicy niskoalergicznej, która może być uprawiana komercyjnie.
Oprócz tradycyjnych wysiłków hodowlanych, Rustgi wykorzystuje również inżynierię genetyczną do redukcji białek alergizujących w pszenicy i orzeszkach ziemnych.
Na przykład technologia o nazwie CRISPR pozwala naukowcom dokonywać bardzo precyzyjnych zmian w DNA komórki.
Rustgi używa CRISPR do celowania w geny glutenu w pszenicy. Ostatnie ulepszenia w technologii CRISPR umożliwiają naukowcom celowanie w wiele genów jednocześnie.
Geny kierowane przez CRISPR są zmieniane lub mutowane. Oznacza to, że komórki nie mogą już „odczytywać” tych genów, aby wytworzyć określone białka.
„Zakłócenie genów glutenu w pszenicy może dać pszenicę o znacznie niższym poziomie glutenu. Podobne podejście sprawdziłoby się w przypadku orzeszków ziemnych”, mówi Rustgi.
Inne podejścia obejmują zrozumienie, w jaki sposób produkcja glutenu jest regulowana w komórkach pszenicy. Jak się okazuje, jedno białko służy jako „główny regulator” dla wielu genów glutenu.
To ważne, ponieważ zakłócenie tego głównego regulatora może prowadzić do zmniejszenia ilości glutenu w pszenicy. Celowanie w pojedynczy gen jest znacznie łatwiejsze niż próba zakłócenia kilku genów glutenu.
„Pszenica i orzeszki ziemne są głównymi źródłami białka dla wielu osób, zwłaszcza żyjących w warunkach ubogich w zasoby”, mówi Rustgi. „Znalezienie niedrogich sposobów na udostępnienie pszenicy i orzeszków ziemnych dla wszystkich jest bardzo ważne”.
Rozwój pszenicy i orzeszków ziemnych o obniżonym poziomie alergenów jest kluczowym krokiem w kierunku tego celu.
„Te uprawy zmniejszą również przypadkowe narażenie na alergeny” – mówi Rustgi. „Ponadto ograniczyłyby nasilenie reakcji, gdyby doszło do narażenia”.
Sachin Rustgi jest badaczem na Uniwersytecie Clemson. Praca ta była wspierana przez South Carolina i National Peanut Boards, Life Sciences Discovery Fund oraz Clemson University. Gospodarzem dorocznego spotkania ASA-CSSA-SSSA w 2020 r. było Amerykańskie Towarzystwo Agronomiczne, Amerykańskie Towarzystwo Naukowe Crop i Amerykańskie Towarzystwo Naukowe.
