Forskare strävar efter att minska glutenhalten i vete för att göra det mindre allergiframkallande för individer med celiaki och glutenkänslighet. Kredit:Jonathan Windham
United States Department of Agriculture identifierar en grupp av "big eight" livsmedel som orsakar 90% av alla födoämnesallergier. Bland dessa livsmedel finns vete och jordnötter.
Sachin Rustgi, en medlem av Crop Science Society of America, studerar hur vi kan använda avel för att utveckla mindre allergiframkallande varianter av dessa livsmedel. Rustgi presenterade nyligen sin forskning vid det virtuella ASA-CSSA-SSSA årsmötet 2020.
Allergiska reaktioner orsakade av vete och jordnötter kan naturligtvis förebyggas genom att undvika dessa livsmedel. "Även om det låter enkelt, är det svårt i praktiken", säger Rustgi.
Att undvika vete och jordnötter innebär att förlora på hälsosamma matalternativ. Dessa två livsmedel är näringsmässiga kraftpaket.
Vete är en stor källa till energi, fibrer och vitaminer. Jordnötter ger proteiner, bra fetter, vitaminer och mineraler.
"Människor med matallergier kan anstränga sig för att undvika maten, men oavsiktlig exponering för ett allergen är också möjlig", säger Rustgi. Allergenexponering kan leda till sjukhusvistelse, särskilt för personer med jordnötsallergier.
"För andra är det inte lätt att undvika vete och jordnötter på grund av geografiska, kulturella eller ekonomiska skäl", förklarar Rustgi.
Elektrofores är en vetenskaplig teknik som används för att separera molekyler av DNA eller proteiner. Sättet som molekylerna färdas genom gelén, som visas här, hjälper forskare att förstå viktiga egenskaper. Kredit:Jonathan Windham
Rustgi och hans kollegor använder växtförädling och genteknik för att utveckla mindre allergiframkallande sorter av vete och jordnötter. Deras mål är att öka matalternativen för personer med allergier.
För vete fokuserar forskarna på en grupp proteiner som kallas gluten.
Glutenet i brödmjöl gör degen elastisk. Gluten bidrar också till brödets sega konsistens.
Men gluten kan orsaka en immunreaktion för personer med celiaki. Dessutom upplever andra glutenkänslighet som inte är celiaki, vilket leder till en mängd olika negativa symtom.
Forskare har försökt föda upp sorter av vete med lägre glutenhalt. Utmaningen ligger delvis i glutengenetikens komplicerade natur. Den information som behövs för att göra gluten är inbäddad i DNA i veteceller.
Men gluten är inte ett enda protein - det är en grupp av många olika proteiner. Instruktionscellerna som behövs för att göra de individuella glutenproteinerna finns i olika gener.
I vete är dessa glutengener fördelade över hela en cells DNA. Eftersom så många delar av DNA spelar en roll för att skapa gluten är det svårt för växtförädlare att föda upp vetesorter med lägre glutennivåer.
Bakterier som växer i denna petriskål kan hjälpa till att överföra genetiskt material från en växt till en annan. Denna metod inom bioteknik kallas rekombinant DNA-teknik. Kredit:Jonathan Windham
"När vi startade den här forskningen var en stor fråga om det skulle vara möjligt att arbeta med en egenskap som styrs av så många gener", säger Rustgi.
För jordnötter är situationen liknande. Jordnötter innehåller 16 olika proteiner som känns igen som allergener.
"Alla jordnötsproteiner är inte lika allergiframkallande", säger Rustgi. Fyra proteiner utlöser en allergisk reaktion hos mer än hälften av jordnötskänsliga individer.
Liksom glutengenerna i vete är generna för jordnötsallergen spridda över hela jordnöts-DNA:t.
"Att påverka så många mål är inte en lätt uppgift, även med nuvarande teknik", säger Rustgi.
Rustgi och forskargruppen testar många varianter av vete och jordnötter för att hitta sådana som är naturligt mindre allergiframkallande än andra.
Dessa lågallergena sorter kan förädlas med grödor som har önskvärda egenskaper, såsom hög avkastning eller resistens mot skadedjur. Målet är att utveckla lågallergent vete som kan odlas kommersiellt.
Utöver traditionella förädlingsinsatser använder Rustgi också genteknik för att minska allergiframkallande proteiner i vete och jordnötter.
Till exempel tillåter en teknologi som kallas CRISPR forskare att göra mycket exakta förändringar av en cells DNA.
Rustgi använder CRISPR för att rikta in sig på glutengener i vete. De senaste förbättringarna av CRISPR-tekniken gör det möjligt för forskare att rikta in sig på många gener samtidigt.
Gener som riktas mot CRISPR ändras eller muteras. Detta innebär att celler inte längre kan "läsa" dessa gener för att göra de specifika proteinerna.
"Att störa glutengenerna i vete kan ge vete med betydligt lägre nivåer av gluten. Ett liknande tillvägagångssätt skulle fungera i jordnötter”, säger Rustgi.
Andra tillvägagångssätt inkluderar att förstå hur glutenproduktionen regleras i veteceller. Som det visar sig fungerar ett protein som en "mästarregulator" för många glutengener.
Det är viktigt eftersom att störa denna huvudregulator kan leda till minskade mängder gluten i vete. Att rikta in sig på en enskild gen är mycket lättare än att försöka störa de olika glutengenerna.
"Vete och jordnötter är de viktigaste proteinkällorna för många, särskilt de som lever under resursfattiga förhållanden", säger Rustgi. "Att hitta prisvärda sätt att göra vete och jordnötter tillgängliga för alla är mycket viktigt."
Att utveckla vete och jordnötter med minskade allergennivåer är ett viktigt steg mot detta mål.
"Dessa grödor kommer också att minska oavsiktlig exponering för allergener", säger Rustgi. "De skulle också begränsa reaktionernas svårighetsgrad om exponering inträffade."
Sachin Rustgi är forskare vid Clemson University. Detta arbete stöddes av South Carolina och National Peanut Boards, Life Sciences Discovery Fund och Clemson University. Årsmötet ASA-CSSA-SSSA 2020 var värd av American Society of Agronomy, Crop Science Society of America och Soil Science Society of America.
