Технологии будущего. Как ученые выращивают гипоаллергенную пшеницу и арахис?
В США каждый десятый взрослый и каждый 13-й ребенок страдают пищевой аллергией, и это число только растет. По данным Министерства сельского хозяйства США (USDA), группа растений, получившая название "Большая восьмерка", включая пшеницу, арахис и сою, вызывает 90% пищевых аллергий.
Для решения проблемы ученые пытаются генетически модифицировать растения, чтобы на выходе, например, пшеница или арахис представляли меньшую "опасность" для аллергиков.
Сачин Рустги, доктор философии, доцент кафедры молекулярной селекции в Университете Клемсона в Южной Каролине, работает над снижением содержания глютена в пшенице, чтобы сделать ее более съедобной для людей с целиакией и чувствительностью к глютену. Он представил результаты исследований своей команды на ежегодном собрании ASA-CSSA-SSSA 2020 года в ноябре.
Выросший в Индии, Рустги вспоминает, как люди в его регионе испытывали "летнюю диарею" в теплое время года, когда ели пшеничный хлеб. Только недавно эксперты начали приписывать это явление широко распространенной целиакии и нечувствительности к глютену.
Рустги надеется, что при наличии гипоаллергенных сортов пшеницы аллергики смогут позволить себе потреблять пшеничные продукты без необходимости в дорогостоящих лекарствах.
Гортензия Додо, доктор философии, основатель и главный научный сотрудник IngateyGen, пищевой технологической компании, базирующейся в Северной Каролине, десятилетиями работала над созданием гипоаллергенного арахиса. Она говорит, что люди с аллергией на арахис живут "очень напряженно", и надеется, что ее работа сможет облегчить некоторые проблемы, связанные с пищевой аллергией.
"Мы хотим быть уверены, что придумаем совершенно новые решения, чтобы ослабить напряжение, тот страх и те эмоции, которые испытывают семьи, где подрастает ребенок с аллергией на арахис", - говорит Додо.
На какой стадии сейчас находится разработка гипоаллергенных культур?
Исследователи успешно создали несколько культур без аллергенов, которые доказали свою безопасность для потребления. Однако эти культуры должны пройти длительные процедуры одобрения регулирующими органами и доказать свою жизнеспособность.
Эксперты говорят, что когда продукты без аллергенов станут коммерчески доступными, важно, чтобы они имели правильную маркировку.
Механизм разработки гипоаллергенных продуктов
Когда у человека непереносимость арахиса, например, часто говорят: "У него просто аллергия на арахис".
Однако эта реакция организма, говорит Додо, может быть связана с одним или несколькими аллергенными белками в растении. Арахис, например, содержит 16 белков, вызывающих аллергические реакции.
В своих попытках создать гипоаллергенное растение арахиса исследовательская группа Додо использовала метод редактирования генов для удаления основных аллергенов, хотя некоторые незначительные аллергены остались.
"Мы начали нашу работу, сосредоточившись на главном аллергене, - говорит Додо. - У нас есть арахисовое растение, которое значительно ниже по общей аллергенности".
Продвинутая CRISPR-технология
В ранних попытках генетически модифицировать аллергенные культуры использовалась технология, называемая РНК-интерференцией (РНК-интерференция). Этот метод требует от ученых сращивания чужеродного фрагмента РНК—например, с другого растения—в генетический код, который они пытаются модифицировать.
Рустги говорит, что его команда использовала эту техниологию для удаления гена, который действовал как "главный регулятор" для белков глютена, вызывающих аллергические реакции.
Затем, в 2012 году, исследователи показали, что инструмент под названием CRISPR-Cas, известный как CRISPR, может быть использован для того, чтобы отрезать участок ДНК и изменить код в этом участке.
CRISPR позволяет ученым точно определить, какие части генетического кода они хотят изменить.
"CRISPR представил альтернативные версии генов, так что вы действительно можете создать точечную мутацию, - говорит Рустги. - Это значит, что вы просто меняете то, что существует естественным образом".
Растения, которые редактируются с помощью CRISPR, также могут быть одобрены быстрее, чем те, которые используют более старую РНК-технологию.
Обращение к потребителю
Для ученых, занимающихся растениеводством, различие между генетически модифицированными организмами (ГМО), которые используют импортированную генетическую информацию, и теми, в которых существующие гены изменены, важно для убеждения потребителей в том, что модифицированная пища безопасна.
Согласно опросу, проведенному исследовательским центром Pew Research Center в 2016 году, 39% респондентов заявили, что генетически модифицированные продукты вредны для здоровья, и только 10% сказали, что такие продукты лучше для здоровья.
Рустги говорит, что, хотя в США есть много людей с чувствительностью к глютену, которые готовы попробовать ГМО-пшеницу, потребители во многих странах мира, особенно с более низким уровнем грамотности, могут скептически относиться к генетически модифицированным продуктам.
Отличается ли гипоаллергенный продукт от обычного по вкусу и своим характеристикам?
Исследования показывают, что источники пищевых волокон важны для создания и поддержания сильного микробиома кишечника. Полезные бактерии и другие виды в кишечнике питаются пребиотиками, такими как клетчатка в пшенице.
Рустги говорит, что при удалении клейковины из пшеницы растение практически не теряет питательной ценности. Глютен, однако, необходим для создания текстуры, характерной для многих хлебобулочных изделий.
Глютен состоит из трех видов аллергенных белков. Тот, который наиболее важен для выпечки, называемый высокомолекулярным глютенином, считается в целом безопасным для людей с целиакией и чувствительностью к глютену.
Удалив основные аллергены, но сохранив в муке высокомолекулярные глютенины, команда Рустги обнаружила, что гипоаллергенная мука дает те же результаты, что и немодифицированная пшеничная мука.
После трех лет полевых испытаний Додо говорит, что арахис с пониженным содержанием аллергенов не показал существенной разницы во вкусе или росте по сравнению с обычным арахисом.
Ученые подчеркивают, что, когда антиаллергенные пищевые продукты попадают на потребительские рынки, четкая маркировка будет иметь решающее значение. Просто утверждать, что различные сорта пшеницы или арахиса не содержат аллергенов, было бы заблуждением, говорит Рустги, поскольку люди должны точно знать, какие белки содержатся в продуктах, а какие отсутствуют.