Министерство сельского хозяйства США определило группу продуктов «большой восьмерки», которые вызывают 90% пищевых аллергий. Среди этих продуктов - пшеница и арахис.
Сачин Растги, член Американского общества растениеводства, изучает, как мы можем использовать селекцию для создания менее аллергенных разновидностей этих продуктов. Рустги недавно представил свое исследование на виртуальном ежегодном собрании ASA-CSSA-SSSA 2020.
Аллергические реакции, вызванные пшеницей и арахисом, можно предотвратить, конечно, отказавшись от этих продуктов. «Хотя это звучит просто, на практике это сложно», - говорит Растги.
Отказ от пшеницы и арахиса означает отказ от здоровой пищи. Эти два продукта питания - мощные источники питания.
Пшеница - отличный источник энергии, клетчатки и витаминов. Арахис содержит белки, полезные жиры, витамины и минералы.
«Люди с пищевой аллергией могут изо всех сил стараться избегать этой еды, но также возможно случайное воздействие аллергена», - говорит Рустги. Воздействие аллергенов может привести к госпитализации, особенно для людей с аллергией на арахис.
«Для других избегать пшеницы и арахиса нелегко по географическим, культурным или экономическим причинам», - объясняет Растги.
Электрофорез - это научный метод, используемый для разделения молекул ДНК или белков. Показанный здесь способ перемещения молекул через гель помогает ученым понять важные характеристики. Фото: Jonathan Windham
Растджи и его коллеги используют селекцию растений и генную инженерию для создания менее аллергенных сортов пшеницы и арахиса. Их цель - увеличить количество вариантов питания для людей, страдающих аллергией.
Что касается пшеницы, исследователи сосредотачиваются на группе белков, называемой глютеном.
Глютен в хлебной муке делает тесто эластичным. Глютен также способствует жевательной текстуре хлеба.
Но глютен может вызвать иммунную реакцию у людей с целиакией. Кроме того, у других наблюдается чувствительность к глютену, отличная от целиакии, что приводит к множеству неблагоприятных симптомов.
Исследователи пытались вывести сорта пшеницы с более низким содержанием глютена. Отчасти проблема заключается в сложной природе генетики глютена. Информация, необходимая для производства глютена, встроена в ДНК клеток пшеницы.
Но глютен - это не отдельный белок, это группа множества разных белков. Инструкции, необходимые клеткам для выработки отдельных белков глютена, содержатся в разных генах.
В пшенице эти гены глютена распределены по всей ДНК клетки. Поскольку так много частей ДНК играют роль в создании глютена, селекционерам трудно разводить сорта пшеницы с более низким уровнем глютена.
Бактерии, растущие в этой чашке Петри, могут помочь передать генетический материал от одного растения к другому. Этот метод в биотехнологии называется технологией рекомбинантной ДНК. Фото: Jonathan Windham
«Когда мы начали это исследование, главный вопрос заключался в том, можно ли работать с характеристикой, контролируемой таким количеством генов», - говорит Растги.
С арахисом ситуация аналогичная. Арахис содержит 16 различных белков, признанных аллергенами.
«Не все белки арахиса одинаково аллергенны», - говорит Растги. Четыре белка вызывают аллергическую реакцию у более чем половины людей, чувствительных к арахису.
Как и гены глютена в пшенице, гены аллергенов арахиса распределены по всей ДНК арахиса.
«Воздействовать на такое количество целей - непростая задача, даже с использованием современных технологий», - говорит Рустги.
Растги и его группа исследователей тестируют многие сорта пшеницы и арахиса, чтобы найти те, которые от природы менее аллергенны, чем другие.
Эти низкоаллергенные сорта можно скрещивать с сортами сельскохозяйственных культур, которые обладают желательными характеристиками, такими как высокая урожайность или устойчивость к вредителям. Цель состоит в том, чтобы вывести низкоаллергенную пшеницу, которую можно было бы выращивать в коммерческих целях.
В дополнение к традиционным селекционным усилиям Растги также использует генную инженерию для уменьшения количества аллергенных белков в пшенице и арахисе.
Например, технология CRISPR позволяет ученым вносить очень точные изменения в ДНК клетки.
Растги использует CRISPR для нацеливания на гены глютена в пшенице. Недавние усовершенствования в технологии CRISPR позволяют исследователям одновременно воздействовать на множество генов.
Гены, на которые нацелена CRISPR, измененяются или мутируются. Это означает, что клетки больше не могут «читать» эти гены, чтобы производить определенные белки.
«Нарушение генов глютена в пшенице может дать пшеницу со значительно более низким уровнем глютена. Аналогичный подход будет работать и с арахисом», - говорит Растги.
Другие подходы включают понимание того, как регулируется выработка глютена в клетках пшеницы. Оказывается, один белок служит «главным регулятором» для многих генов глютена.
Это важно, потому что нарушение этого главного регулятора может привести к снижению количества глютена в пшенице. Намного проще воздействовать на один ген, чем пытаться нарушить работу нескольких генов глютена.
«Пшеница и арахис являются основными источниками белков для многих, особенно для тех, кто живет в условиях ограниченных ресурсов», - говорит Растги. «Очень важно найти доступные способы сделать пшеницу и арахис доступными для всех».
Выращивание пшеницы и арахиса с пониженным уровнем аллергенов - ключевой шаг к этой цели.
«Эти культуры также уменьшат случайное воздействие аллергенов», - говорит Растги. «Кроме того, они ограничили бы серьезность реакции, если бы воздействие все же произошло».
Сачин Растги - исследователь из Университета Клемсона. Эта работа была поддержана Южной Каролиной и Национальными советами по арахису, Фондом открытий в науках о жизни и Университетом Клемсона. Ежегодное собрание ASA-CSSA-SSSA 2020 года было организовано Американским агрономическим обществом, Американским обществом растениеводства и Американским обществом почвоведов.
Источник: SciTechDaily
