Jak naukowcy opracowują pszenicę i orzeszki ziemne nie powodujące alergii

W USA jeden na dziesięciu dorosłych i jedno na trzynaście dzieci ma alergie pokarmowe, a liczba ta stale rośnie. Grupa roślin, zwana „Wielką Ósemką”, obejmuje pszenicę, orzeszki ziemne i soję, co powoduje 90% alergii pokarmowych, zgodnie z danymi Departamentu Rolnictwa USA (USDA).

Aby złagodzić problem, naukowcy docierają do źródła, modyfikując genetycznie rośliny, aby wytwarzały mniej alergenów. Sachin Rustgi, dr nauk humanistycznych , adiunkt hodowli molekularnej na Clemson University w Południowej Karolinie, pracuje nad zmniejszeniem zawartości glutenu w pszenicy, aby uczynić ją bardziej zdatną do spożycia dla osób z celiakią i nietolerancją glutenu. Przedstawił badania swojego zespołu na corocznym spotkaniu ASA-CSSA-SSSA w listopadzie 2020 r.

Dorastając w Indiach, Rustgi wspomina, że ​​ludzie w jego społeczności doświadczali „letniej biegunki” w cieplejszych miesiącach, kiedy ludzie często jedli chleb pszenny zamiast chleba kukurydzianego. Dopiero niedawno eksperci zaczęli przypisywać to zjawisko powszechnej celiakii i niewrażliwości na gluten. Ma nadzieję, że dzięki tworzeniu hipoalergicznych odmian pszenicy ludzie będą mogli sobie pozwolić na spożywanie produktów pszenicznych bez konieczności stosowania drogich leków.

„Jeśli uda nam się ulepszyć jedzenie, pomoże to zmniejszyć jakąś dolegliwość, to myślę, że będzie to łatwe do wyleczenia, zamiast szukać leków czy czegoś takiego, bo to podnosi koszty utrzymania” – mówi Rustgi magazynowi Health Life Guide.

Hortense Dodo, doktor, założycielka i główna naukowiec w IngateyGen, firmie technologii żywności z siedzibą w Karolinie Północnej, od dziesięcioleci pracuje nad zaprojektowaniem hipoalergicznego orzeszka ziemnego. Mówi, że zdaje sobie sprawę, że osoby z alergią na orzeszki ziemne prowadzą „bardzo stresujące życie” i ma nadzieję, że jej praca może złagodzić niektóre wyzwania związane z alergiami pokarmowymi.

„Chcemy mieć pewność, że znajdziemy zupełnie nowe rozwiązania, które złagodzą napięcie, straszny strach i emocje u rodzin, których dzieci mają alergię na orzeszki ziemne” – mówi Dodo w wywiadzie dla Health Life Guide.

Projektowanie bezpieczniejszej fabryki

Kiedy ktoś jest nietolerancyjny na pokarmy takie jak orzeszki ziemne, ludzie często mówią, że po prostu mają „alergię na orzeszki ziemne”. Jednakże, jak mówi Dodo, ta niewrażliwość może być przypisana jednemu lub kilku białkom alergizującym w roślinie. Orzeszki ziemne na przykład mają 16 białek, które powodują reakcje alergiczne.

W swoich badaniach nad stworzeniem hipoalergicznej rośliny orzeszków ziemnych zespół badawczy Dodo zastosował technikę edycji genów w celu usunięcia głównych alergenów, pozostawiając jednak niektóre alergeny mniej istotne.

„Rozpoczęliśmy pracę, skupiając się na głównym alergenach” – mówi Dodo. „Mamy roślinę orzeszków ziemnych, która ma znacznie niższą ogólną alergenność”.

Wczesne próby modyfikacji genetycznej roślin alergizujących wykorzystywały technologię zwaną interferencją RNA (RNAi). Ta technika wymaga od naukowców wszczepienia obcego fragmentu RNA — na przykład z innej rośliny — do kodu genetycznego, który próbują zmodyfikować. Rustgi mówi, że jego zespół wykorzystał RNAi do namierzenia i usunięcia genu, który działał jako „główny regulator” białek glutenu powodujących reakcje alergiczne.

Następnie w 2012 roku naukowcy wykazali, że narzędzie o nazwie CRISPR-Cas9, znane jako CRISPR, może być używane do wycięcia fragmentu DNA i zmiany kodu w tym fragmencie. CRISPR pozwala naukowcom dokładnie określić, które części kodu genetycznego chcą zmienić, i mogą to zrobić bez wprowadzania RNA z ciała obcego.

„CRISPR wprowadził alternatywne wersje genów, więc można faktycznie stworzyć mutację punktową” — mówi Rustgi. „To oznacza, że ​​nie wprowadzasz, tylko zmieniasz to, co istnieje naturalnie”.

Rośliny edytowane przy użyciu CRISPR mogą być również zatwierdzane szybciej niż te wykorzystujące starszą technologię RNAi. „[CRISPR] jest potężniejszą, bardziej precyzyjną technologią” — mówi Dodo. „Jeśli chodzi o regulacje, o wiele łatwiej jest wprowadzić produkt na rynek w USA”

Apel do konsumenta

Dla naukowców zajmujących się uprawami rozróżnienie między organizmami genetycznie modyfikowanymi (GMO), które wykorzystują importowane informacje genetyczne, a tymi, w których zmienione zostały istniejące geny, jest ważne dla przekonania konsumentów, że modyfikowana żywność jest bezpieczna. Według sondażu Pew Research Center z 2016 r. 39% respondentów stwierdziło, że genetycznie modyfikowana żywność jest gorsza dla zdrowia, a tylko 10% stwierdziło, że taka żywność jest lepsza dla zdrowia.

Rustgi mówi, że chociaż w USA jest wiele osób z nadwrażliwością na gluten, które są chętne do spróbowania GMO pszenicy, konsumenci w wielu krajach na całym świecie, zwłaszcza tych o niższym wskaźniku alfabetyzacji, mogą być sceptyczni wobec genetycznie modyfikowanej żywności. Ponieważ tak wiele uprawianej w Ameryce pszenicy jest eksportowane, Rustgi mówi, że pszenica antyalergiczna nie okazała się jeszcze opłacalna komercyjnie.

„Nie chcemy narażać naszego eksportu, mając coś, czego ludzie, którzy od nas importują, nie lubią widzieć” – mówi Rustgi. „W miarę jak będziemy widzieć, że więcej ludzi w krajach, do których eksportujemy, staje się piśmiennych, zobaczymy tę zmianę”.

Na rynku nie ma jeszcze żadnych produktów z genetycznie modyfikowanej pszenicy. Uzyskanie zgody od Food and Drug Administration (FDA) i USDA może być długim i kosztownym procesem, a niektórzy konsumenci mogą błędnie sądzić, że pszenica GMO faktycznie zwiększa wrażliwość na gluten.

Jak wypadają uprawy hipoalergiczne

Badania wskazują, że źródła błonnika pokarmowego są ważne dla budowania i utrzymywania silnego mikrobiomu jelitowego. Pożyteczne bakterie i inne gatunki w jelitach żywią się prebiotykami, takimi jak błonnik w pszenicy.

Rustgi mówi, że pozbawiając pszenicę glutenu, roślina traci niewiele lub wcale wartości odżywczych. Gluten jest jednak niezbędny do tworzenia struktury i żucia charakterystycznych dla wielu wypieków.

Gluten składa się z trzech rodzajów białek alergenów. Ten, który jest najważniejszy do pieczenia, nazywany gluteniną wysokocząsteczkową, jest uważany za ogólnie bezpieczny dla osób z celiakią i nadwrażliwością na gluten.  Usuwając główne alergeny, ale zachowując gluteniny wysokocząsteczkowe w mące, zespół Rustgi odkrył, że mąka hipoalergiczna daje podobne rezultaty jak mąka pszenna niemodyfikowana.

„Można z niego upiec chleb całkiem dobrej jakości — lepszy niż chleb produkowany z ryżu” — mówi.

Po trzech latach testów terenowych Dodo twierdzi, że orzeszki ziemne o obniżonej zawartości alergenów nie wykazały znaczących różnic w smaku ani w tempie wzrostu w porównaniu do orzeszków ziemnych dostępnych w sprzedaży.

Rustgi i Dodo podkreślają, że gdy produkty spożywcze antyalergiczne trafią na rynek konsumencki, jasne etykietowanie będzie kluczowe. Zamiast po prostu twierdzić, że różne rodzaje pszenicy lub orzeszków ziemnych są wolne od alergenów, byłoby to mylące, mówi Rustgi, ponieważ ludzie muszą dokładnie wiedzieć, jakie białka zawierają produkty spożywcze, a jakich brakuje.

Obaj naukowcy mówią, że chcą kontynuować prace nad roślinami możliwie wolnymi od alergenów.

„Różne grupy lub różne laboratoria używają różnych narzędzi lub różnych technologii” — mówi Dodo. „Ale myślę, że ogólnie rzecz biorąc wszyscy są zainteresowani znalezieniem rozwiązania problemu alergii”.