Megnyílt az út a lisztérzékenyek kenyere felé – magyar kutatók is részt vettek az úttörő nemzetközi vizsgálatban

A kutatás eredményeit összegző cikk vezető szerzője Juhász Angéla, a nyugat-ausztráliai Murdoch Egyetem Mezőgazdasági Biotechnológiai Központ és az MTA ATK Mezőgazdasági Intézet Alkalmazott Genomikai Osztály kutatója. A tanulmányt a A Science Advances a Science lapcsoport nyílt hozzáférésű (open access) folyóirataScience Advances közli.

Az eredmények a csökkent antigén- és allergéntartalmú búzafajták nemesítéséhez visznek közelebb Juhász Angéla szerint. „Ha ismerjük ezeket a fehérjéket, és értjük a kenyérbúzára jellemző genetikai változatosságot, illetve a növényre hatást gyakorló környezeti tényezők szerepét, akkor segíteni tudjuk a nemesítőket és az élelmiszeripart olyan alapanyagok és élelmiszerek előállításában, amelyeket majd azok is fogyaszthatnak, akiknek egyébként tartózkodniuk kellene a búzaalapú élelmiszerek fogyasztásától” – magyarázza a kutató.

Csökkentett allergén- és antigéntartalmú búzafajták nemesítése segítheti a gabonaallergiás betegeket, illetve a gluténérzékenyeket Fotó: Florencia Viadana/unsplash.com

Milyen megbetegedéseket okozhat a búza?

A kutatók a cöliákia (gluténérzékenység, vagy a köznyelvben elterjedt kifejezéssel: lisztérzékenység), továbbá a búzaallergia különböző típusainak genetikai hátterét, kiváltó okait vizsgálták a búzagenom segítségével. A búza fogyasztásával, lisztjének belélegzésével kapcsolatos megbetegedések közé tartozik a különböző bőr- és emésztőrendszeri tünetekkel jelentkező ételallergia, a fizikai aktivitást követően fellépő anafilaxia (WDEIA), valamint a pékeket, sütödei dolgozókat érintő pékasztma. A gluténérzékenység és a búzaallergiák jellemzően nem gyógyíthatók, csak meg kell tanulnunk együtt élni velük: jelenleg az egyetlen jó megoldás a búza-, valamint a rozs- és árpaalapú élelmiszerek kerülése, a gluténmentes táplálkozás.

A gluténérzékenység a vékonybelet érintő autoimmun betegség. A genetikailag erre hajlamos egyének immunrendszere nem tolerál egyes prolamintípusú fehérjéket, mint amilyenek a búzában a sikér (glutén) alkotóelemeiként ismert gliadinok és a gluteninek, a rozsban a szekalinok vagy az árpában a hordeinek. E fehérjéket az emésztőenzimek nem bontják le megfelelően, így érintetlenül maradnak olyan fehérjedarabkák (úgynevezett epitopok), amelyek speciális aminosav-összetételük, illetve -sorrendjük miatt aktiválják az immunrendszert. Érdekes módon az egyes epitopok egyszerre több fehérjében is előfordulhatnak, és noha nagyon hasonlóak egymáshoz,

mégis eltérő erősségű immunválaszt válthatnak ki.

A folyamat helyi gyulladásokhoz vezet a vékonybélben, hosszú távon károsodik a bélnyálkahártya, elpusztulnak a bélbolyhok, csökken a felszívó felület, így a beteg szervezete kevesebb tápanyagot, ásványi sót, vitamint tud hasznosítani. Az autoimmun betegség a világ népességének kb. 1%-át érinti, az adatok szerint csak Délkelet-Ázsia és a szubszaharai Afrika lakosságára nem jellemző.

Az ételallergiák közé tartozó búzaallergia a gyermekek mintegy 0,5%-át érinti, az esetek többségében a betegség a felnőttkorra eltűnik. Akut, gyors lefolyású allergiás reakcióról van szó: a tünetek percekkel a búzalisztfogyasztás után jelentkeznek. A WDEIA ritka ételallergia: a búzaliszt emésztése közben végzett testedzést, fizikai erőkifejtést követően áll elő. Mechanizmusa nem ismert kellő pontossággal – a feltételezések szerint a testmozgás elősegíti az allergén anyagok felszívódását az emésztőrendszerben. A pékasztma az egyik leggyakoribb foglalkozási megbetegedés, a liszt belélegzése okozza.

Feltárták a kenyérbúza teljes genetikai állományát

A magyar, ausztrál, norvég, német és kínai együttműködés keretében készült tanulmány megvalósulásához alapvetően járult hozzá, hogy elkészült a kenyérbúza referenciagenomja, vagyis sikerült teljességében feltárni a búza genetikai állományát. Ez azért is jelentős eredmény, mert a kenyérbúza 17 milliárd bázispárból álló genomja nagyjából ötször nagyobb, mint az emberé, amely 3 milliárd bázispárból áll. A komplexitás hátterében az áll, hogy a kenyérbúza három fajból hibridizálódott. A kutatást a több mint 2400 tagú Nemzetközi Búzagenom-szekvenáló Konzorcium (IWGSC) irányította. (Az eredményeket összegző tanulmányt a Science közli.)

„Ebben az óriási projektben a búza minőségét elsődlegesen meghatározó tartalék fehérjék és rokon fehérjecsaládjaik azonosításáért voltam felelős – mondja Juhász Angéla. – Ezt a referencia-genomszekvenciát és az azonosított fehérjecsaládokat használtuk a búza allergénjeinek és a cöliákiával kapcsolatos fehérjéinek azonosítására és mennyiségének vizsgálatára, különböző környezeti stresszhatások alkalmazása mellett.” A kutatást búzagenomikai és Proteomika: a sejt fehérjetartalmának minőségi és mennyiségi jellemzése, a fehérjék széleskörű, összetett vizsgálataproteomikai szakértők, rendszerbiológusok és gasztroenterológusok bevonásával végezték.

Fotó: Evi Radauscher/unsplash.com

Nem mindegy, mikor éri hőség a búzát

A fehérjék pontos azonosítása mellett a környezeti hatások szerepének feltárása a kutatás fontos eredménye. Az egyes fehérjék eltérő mennyiségben termelődnek a fejlődő búzaszemben, amit a környezeti hatások is jelentősen befolyásolnak. „Ha a tenyészidőszak végén hűvösebbre fordul az időjárás, akkor a pékasztmát kiváltó és az ételallergiával kapcsolatos fehérjék koncentrációja megemelkedik. Másfelől, ha a virágzás alatt hőstressz éri a kenyérbúzát, akkor nagyobb mennyiségben fejeződnek ki a cöliákiával és a WDEIA-val kapcsolatos fehérjék” – részletezi Juhász Angéla.

E felismerés nemcsak azért fontos, mert a klímaváltozás és a globális átlaghőmérséklet emelkedése miatt gyakrabban előforduló hőhullámok jelentősen befolyásolják a termés mennyiségét és minőségét, hanem jelentős eltérések tapasztalhatók az egészségügyi problémákat kiváltó fehérjék mennyiségében is.

Ismerve az immunreaktív fehérjeszakaszok fehérjén belüli pozícióját és az e fehérjéket kódoló gének kromoszómán belüli elhelyezkedését, lehetőség nyílik a csökkentett allergén- és antigéntartalmú búzafajták azonosítására, nemesítésére. Így például genomszerkesztési módszerek (pl. a CRISPR/Cas9) segítségével célirányosan módosíthatjuk vagy távolíthatjuk el az immunreakciót kiváltó szakaszokat anélkül, hogy megváltoztatnánk a fehérjének a búzanövény élettani folyamataiban vagy funkcionális tulajdonságaiban betöltött szerepét. A most azonosított fehérjeszakaszokra tervezett genetikai és biokémiai markerek pedig lehetőséget nyújtanak a kedvező összetételű és tulajdonságú fajták szelektálására, a nyersanyag összetételének feldolgozóipari ellenőrzésére – számol be a lehetőségekről a Murdoch Egyetem és az MTA ATK kutatója.

A Genome mapping of seed-borne allergens and immune-responsive proteins in wheat című tanulmány az IWGSC búza- referenciagenomról szóló cikkgyűjteménye részeként jelent meg a Science Advances folyóiratban. A cikk vezető társszerzői: Juhász Angéla, Tatiana Belova, Rudi Appels és Odd-Arne Olsen. Szintén társszerző az MTA ATK Mezőgazdasági Intézet két kutatója, Gell Gyöngyvér és Birinyi Zsófia. A kutatást Ausztráliában a Gabonakutató és Fejlesztő Társaság (GRDC) és az Ipari, Innovációs és Kutatási Minisztérium, Magyarországon pedig az OTKA PD 115641 és a GINOP-2.3.2-15-2016-00028 azonosítószámú pályázat támogatta.

A cikkgyűjtemény további részeit a Science és a Genome Biology folyóiratokban közölte az IWGSC. A referenciagenom adatbázisát a kutatócsoport regisztráció és egyéb megkötések nélkül tette közzé itt.