Wie Wissenschaftler allergiefreien Weizen und Erdnüsse entwickeln

In den USA leidet jeder zehnte Erwachsene und jedes 13. Kind an einer Nahrungsmittelallergie, und die Zahlen steigen ständig. Nach Angaben des US-Landwirtschaftsministeriums (USDA) verursachen eine Gruppe von Pflanzen, die als „die großen Acht“ bezeichnet werden, darunter Weizen, Erdnüsse und Sojabohnen, 90 % aller Nahrungsmittelallergien.

Um das Problem zu lindern, gehen Wissenschaftler der Quelle auf den Grund, indem sie Pflanzen genetisch so verändern, dass sie weniger Allergene produzieren. Sachin Rustgi, PhD , Assistenzprofessor für molekulare Züchtung an der Clemson University in South Carolina, arbeitet daran, den Glutengehalt von Weizen zu reduzieren, um ihn für Menschen mit Zöliakie und Glutenunverträglichkeit genießbarer zu machen. Er stellte die Forschungsergebnisse seines Teams auf der ASA-CSSA-SSSA-Jahresversammlung 2020 im November vor.

Rustgi ist in Indien aufgewachsen und erinnert sich, dass die Menschen in seiner Gemeinde in den wärmeren Monaten, wenn sie oft Weizenbrot statt Maisbrot essen, unter „Sommerdurchfall“ leiden. Erst vor Kurzem begannen Experten, das Phänomen auf weit verbreitete Zöliakie und Glutenunverträglichkeit zurückzuführen. Er hofft, dass die Menschen durch die Entwicklung hypoallergener Weizensorten Weizenprodukte ohne teure Medikamente konsumieren können.

„Wenn wir die Ernährung verbessern können und dies dazu beiträgt, bestimmte Leiden zu lindern, ist das meiner Meinung nach leichter zu beheben als die Suche nach Medikamenten oder ähnlichem, denn das erhöht die Lebenshaltungskosten“, sagt Rustgi gegenüber Health Life Guide.

Hortense Dodo, PhD, Gründerin und Chefwissenschaftlerin bei IngateyGen, einem Lebensmitteltechnologieunternehmen mit Sitz in North Carolina, arbeitet seit Jahrzehnten an der Entwicklung einer hypoallergenen Erdnuss. Sie sagt, sie wisse, dass Menschen mit Erdnussallergien ein „sehr stressiges Leben“ führen, und hofft, dass ihre Arbeit einige der mit Nahrungsmittelallergien verbundenen Herausforderungen lindern könne.

„Wir möchten sicherstellen, dass wir brandneue Lösungen finden, um die Spannung, die schreckliche Angst und die Emotionen der Familien zu lindern, wenn ihr Kind eine Erdnussallergie hat“, sagt Dodo gegenüber Health Life Guide.

Konstruktion einer sichereren Anlage

Wenn jemand Nahrungsmittel wie Erdnüsse nicht verträgt, spricht man oft von einer „Erdnussallergie“. Diese Unempfindlichkeit kann jedoch, so Dodo, auf ein oder mehrere allergene Proteine ​​in der Pflanze zurückgeführt werden. Erdnüsse beispielsweise enthalten 16 Proteine, die nachweislich allergische Reaktionen

Bei seinem Versuch, eine hypoallergene Erdnusspflanze zu entwickeln, verwendete Dodos Forschungsteam eine Methode zur Gen-Editierung, um die Hauptallergene zu entfernen, einige Nebenallergene blieben jedoch

„Wir haben unsere Arbeit mit dem Hauptallergen begonnen“, sagt Dodo. „Wir haben die Erdnusspflanze, deren Gesamtallergenität deutlich geringer ist.“

Bei den ersten Versuchen, allergene Pflanzen genetisch zu verändern, wurde eine Technologie namens RNA-Interferenz (RNAi) eingesetzt. Bei dieser Technik müssen Wissenschaftler ein fremdes RNA-Stück – zum Beispiel von einer anderen Pflanze – in den genetischen Code einfügen, den sie verändern wollen. Rustgi sagt, sein Team habe RNAi eingesetzt, um ein Gen zu entfernen, das als „Hauptregulator“ für die Glutenproteine ​​fungierte, die allergische Reaktionen auslösen.

Dann, im Jahr 2012, zeigten Forscher, dass ein Werkzeug namens CRISPR-Cas9, bekannt als CRISPR, verwendet werden könnte, um einen Abschnitt der DNA herauszuschneiden und den Code in diesem Abschnitt zu ändern.6 ermöglicht es Wissenschaftlern, genau zu bestimmen, welche Teile des genetischen Codes sie ändern möchten, und dies ohne die Einführung von RNA von einem Fremdkörper.

„CRISPR hat alternative Versionen der Gene eingeführt, sodass man tatsächlich eine Punktmutation erzeugen kann“, sagt Rustgi. „Das heißt, man führt nichts ein, sondern verändert nur das, was natürlich vorhanden ist.“

Pflanzen, die mit CRISPR bearbeitet wurden, können auch schneller zugelassen werden als solche, die die ältere RNAi-Technologie verwenden. „[CRISPR] ist eine leistungsfähigere, präzisere Technologie“, sagt Dodo. „In Bezug auf die Regulierung ist es viel einfacher, Ihr Produkt in den USA auf den Markt zu bringen.“

An den Verbraucher appellieren

Für Pflanzenwissenschaftler ist die Unterscheidung zwischen gentechnisch veränderten Organismen (GVO), die importierte genetische Informationen verwenden, und solchen, bei denen vorhandene Gene verändert werden, wichtig, um die Verbraucher davon zu überzeugen, dass veränderte Lebensmittel sicher sind. Laut einer Umfrage des Pew Research Center aus dem Jahr 2016 sagten 39 % der Befragten, gentechnisch veränderte Lebensmittel seien gesundheitsschädlicher, und nur 10 % sagten, solche Lebensmittel seien besser für die Gesundheit.

Rustgi sagt, dass es zwar in den USA viele Menschen mit Glutenunverträglichkeit gibt, die bereit sind, gentechnisch veränderten Weizen zu probieren, aber Verbraucher in vielen Ländern der Welt, insbesondere in Ländern mit niedrigerer Alphabetisierungsrate, gegenüber gentechnisch veränderten Lebensmitteln skeptisch sind. Da so viel in Amerika angebauter Weizen exportiert wird, hat sich antiallergener Weizen laut Rustgi noch nicht als kommerziell rentabel erwiesen.

„Wir wollen unseren Export nicht dadurch gefährden, dass wir etwas anbieten, was die Leute, die von uns importieren, nicht gerne sehen“, sagt Rustgi. „Da in den Ländern, in die wir exportieren, immer mehr Menschen lesen und schreiben lernen, werden wir diesen Wandel erleben.“

Es gibt noch keine gentechnisch veränderten Weizenprodukte auf dem Markt. Die Zulassung durch die Food and Drug Administration (FDA) und das USDA kann ein langer und teurer Prozess sein und einige Verbraucher haben möglicherweise die falsche Vorstellung, dass gentechnisch veränderter Weizen tatsächlich die Glutenunverträglichkeit erhöht.

So schneiden hypoallergene Pflanzen ab

Untersuchungen zeigen, dass Ballaststoffquellen wichtig für den Aufbau und Erhalt eines starken Darmmikrobioms sind. Nützliche Bakterien und andere Arten im Darm ernähren sich von Präbiotika wie den Ballaststoffen im Weizen.

Rustgi sagt, dass die Pflanze durch das Entfernen des Glutens aus dem Weizen wenig bis gar keinen Nährwert verliert. Gluten ist jedoch für die Struktur und Kaubarkeit vieler Backwaren unerlässlich.

Gluten besteht aus drei Arten von Allergenproteinen. Das für das Backen wichtigste Protein, das sogenannte hochmolekulare Glutenin, gilt als im Allgemeinen unbedenklich für Menschen mit Zöliakie und Glutenunverträglichkeit.  Durch das Entfernen der Hauptallergene, aber Belassen der hochmolekularen Glutenine im Mehl, stellte Rustgis Team fest, dass hypoallergenes Mehl ähnliche Ergebnisse wie nicht modifiziertes Weizenmehl lieferte.

„Daraus lässt sich Brot von einiger Qualität backen – besser als Brot, das aus Reis hergestellt wird“, sagt er.

Nach drei Jahren Feldversuchen sagt Dodo, dass die Erdnüsse mit reduziertem Allergengehalt im Vergleich zu handelsüblichen Erdnüssen keinen signifikanten Unterschied im Geschmack oder Wachstum zeigten.

Rustgi und Dodo betonen, dass eine klare Kennzeichnung entscheidend sein wird, wenn antiallergene Lebensmittel auf den Markt kommen. Einfach zu behaupten, eine Weizensorte oder Erdnuss sei allergenfrei, wäre irreführend, sagt Rustgi, denn die Menschen müssten genau wissen, welche Proteine ​​die Lebensmittel enthalten und welche fehlen.

Beide Forscher sagen, sie hoffen, auch in Zukunft Pflanzen entwickeln zu können, die möglichst allergenfrei sind.

„Verschiedene Gruppen oder Labore verwenden unterschiedliche Werkzeuge oder Technologien“, sagt Dodo. „Aber ich denke, insgesamt geht es allen darum, eine Lösung für das Allergieproblem zu finden.“