Wie Wissenschaftler allergiefreien Weizen und Erdnüsse herstellen

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Die zentralen Thesen

• Um die Anzahl der Allergene in Lebensmitteln wie Weizen und Erdnüssen zu verringern, verändern Wissenschaftler genetisch den genetischen Code, der allergene Proteine ​​erzeugt.
• Der Prozess beinhaltet das Entfernen allergener Proteine, wie sie Gluten in Weizen enthalten.
• Mit der CRISPR-Technologie können Wissenschaftler Allergene eliminieren, indem sie den genetischen Code der Pflanze ändern.

In den USA leidet jeder zehnte Erwachsene und jedes 13. Kind an Nahrungsmittelallergien, und die Zahl steigt nur noch. Eine Gruppe von Pflanzen, darunter Weizen, Erdnüsse und Sojabohnen, verursacht 90% der Nahrungsmittelallergien. nach Angaben des US-Landwirtschaftsministeriums (USDA).

Um das Problem zu lindern, gehen Wissenschaftler zur Quelle, indem sie Pflanzen gentechnisch verändern, um weniger Allergene zu 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 Glutenempfindlichkeit essbarer zu machen. Er präsentierte die Forschungsergebnisse seines Teams auf der ASA-CSSA-SSSA-Jahrestagung 2020 im November.

Rustgi ist in Indien aufgewachsen und erinnert sich an Menschen in seiner Gemeinde, die in den wärmeren Monaten an „Sommerdurchfall“ leiden, wenn Menschen oft eher Weizenbrot als Maisbrot essen. Erst vor kurzem begannen Experten, das Phänomen auf eine weit verbreitete Zöliakie und Glutenunempfindlichkeit zurückzuführen. Er hofft, dass es sich die Menschen durch die Schaffung hypoallergener Weizensorten leisten können, Weizenprodukte zu konsumieren, ohne teure Medikamente zu benötigen.

"Wenn wir das Essen verbessern können und dies dazu beiträgt, eine Krankheit zu reduzieren, die meiner Meinung nach eine einfache Lösung darstellt, anstatt tatsächlich Medikamente oder ähnliches zu finden, da sich dies wie die Lebenshaltungskosten summiert", sagt Rustgi gegenüber Verywell .

Hortense Dodo, PhD, Gründer und Chefwissenschaftler bei IngateyGen, einem in North Carolina ansässigen Lebensmitteltechnologieunternehmen, arbeitet seit Jahrzehnten an der Entwicklung einer hypoallergenen Erdnuss. Sie erkennt, dass Menschen mit Erdnussallergien ein „sehr stressiges Leben“ führen, und hofft, dass ihre Arbeit einige der mit Lebensmittelallergien verbundenen Herausforderungen lindern kann.

"Wir möchten sicherstellen, dass wir brandneue Lösungen entwickeln, um die Spannungen, die schreckliche Angst und die Emotionen für die Familien zu lindern, wenn sie ein Kind haben, das gegen Erdnüsse allergisch ist", sagt Dodo gegenüber Verywell.

Was dies für Sie bedeutet

Forscher haben erfolgreich mehrere allergenfreie Pflanzen geschaffen, die nachweislich sicher für den Verzehr sind. Diese Pflanzen müssen jedoch lange Genehmigungsprozesse durch die Aufsichtsbehörden durchlaufen und sich auf kommerziellen Märkten als rentabel erweisen. Experten sagen, dass es wichtig ist, dass allegenfreie Lebensmittel, wenn sie im Handel erhältlich sind, ordnungsgemäß gekennzeichnet sind, damit die Verbraucher das Produkt verstehen können.

Engineering einer sichereren Anlage

Wenn jemand Lebensmittel wie eine Erdnuss nicht verträgt, sagen die Leute oft, er habe einfach eine „Erdnussallergie“. Diese Unempfindlichkeit kann jedoch laut Dodo auf ein oder mehrere allergene Proteine ​​in der Pflanze zurückgeführt werden. Erdnüsse haben zum Beispiel 16 Proteine, von denen gezeigt wurde, dass sie allergische Reaktionen hervorrufen.

Bei der Entwicklung einer hypoallergenen Erdnusspflanze verwendete Dodos Forschungsteam eine Gen-Editing-Technik, um die Hauptallergene zu entfernen, obwohl einige kleinere Allergene übrig bleiben.

"Wir haben unsere Arbeit mit dem Hauptallergen begonnen", sagt Dodo. "Wir haben die Erdnusspflanze, deren Allergenität insgesamt erheblich geringer ist."

Frühe Versuche, allergene Pflanzen genetisch zu verändern, verwendeten eine Technologie namens RNA Interference (RNAi). Bei dieser Technik müssen Wissenschaftler ein fremdes Stück RNA - beispielsweise von einer anderen Pflanze - in den genetischen Code spleißen, den sie zu modifizieren versuchen. Laut Rustgi hat sein Team RNAi verwendet, um ein Gen anzuvisieren und zu entfernen, das als „Hauptregulator“ für die Glutenproteine ​​fungierte, die allergische Reaktionen hervorrufen.

Dann, im Jahr 2012, zeigten die Forscher, dass ein Tool namens CRISPR-Cas9, bekannt als CRISPR, verwendet werden kann, um einen DNA-Abschnitt zu schnipsen und den Code in diesem Abschnitt zu ändern. Mit CRISPR können Wissenschaftler genau bestimmen, welche Teile des genetischen Codes Sie möchten sich ändern und können dies tun, ohne RNA aus einem Fremdkörper einzuführen.

"CRISPR hat alternative Versionen der Gene eingeführt, damit Sie tatsächlich eine Punktmutation erstellen können", sagt Rustgi. "Das bedeutet, dass Sie nicht einführen, sondern nur das ändern, was natürlich vorhanden ist."

Pflanzen, die mit CRISPR bearbeitet werden, können auch schneller genehmigt werden als Pflanzen mit älterer RNAi-Technologie. "[CRISPR] ist eine leistungsstärkere und präzisere Technologie", sagt Dodo. "In Bezug auf die Regulierung ist es viel einfacher, Ihr Produkt in den USA auf den Markt zu bringen."

Den Verbraucher ansprechen

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 gaben 39% der Befragten an, dass gentechnisch veränderte Lebensmittel gesundheitsschädlich sind, und nur 10% geben an, dass solche Lebensmittel gesundheitsschädlich sind.

Laut Rustgi gibt es in den USA zwar viele Menschen mit Glutenempfindlichkeit, die bereit sind, GVO-Weizen zu probieren, aber die Verbraucher in vielen Ländern der Welt, insbesondere in Ländern mit niedrigeren Alphabetisierungsraten, stehen gentechnisch veränderten Lebensmitteln möglicherweise skeptisch gegenüber. Weil so viel Weizen aus amerikanischem Anbau exportiert wird, hat sich laut Rustgi Anti-Allergen-Weizen noch nicht als wirtschaftlich rentabel erwiesen.

"Wir wollen unseren Export nicht gefährden, indem wir tatsächlich etwas haben, das die Leute, die von uns importieren, nicht gerne sehen", sagt Rustgi. "Da in den Ländern, in die wir exportieren, mehr Menschen lesen und schreiben können, werden wir diese Veränderung sehen."

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

Wie hypoallergene Pflanzen messen

Untersuchungen zeigen, dass Ballaststoffquellen wichtig für den Aufbau und die Aufrechterhaltung eines starken Darmmikrobioms sind. Nützliche Bakterien und andere Arten im Darm ernähren sich von Präbiotika wie der Faser in Weizen.

Rustgi sagt, dass die Pflanze durch das Entfernen von Gluten vom Weizen wenig bis gar keinen Nährwert verliert. Gluten ist jedoch wesentlich für die Schaffung der Struktur und Kaubarkeit, die für viele Backwaren charakteristisch sind.

Gluten besteht aus drei Arten von Allergenproteinen. Das für das Backen wichtigste, das als hochmolekulares Glutenin bezeichnet wird, gilt als allgemein sicher für Menschen mit Zöliakie- und Glutenempfindlichkeit. Durch Entfernen der Hauptallergene, aber Beibehalten der hochmolekularen Glutenine im Mehl stellte Rustgis Team fest, dass es hypoallergen ist Mehl ergab ähnliche Ergebnisse wie nicht modifiziertes Weizenmehl.

"Es kann zu einem Brot von angemessener Qualität gebacken werden - besser als etwas, das aus Reis hergestellt wird", sagt er.

Nach drei Jahren Feldtests zeigten die allergenreduzierten Erdnüsse laut Dodo keinen signifikanten Unterschied im Geschmack oder im Wachstum im Vergleich zu handelsüblichen Erdnüssen.

Rustgi und Dodo betonen, dass eine eindeutige Kennzeichnung von entscheidender Bedeutung sein wird, wenn Anti-Allergen-Lebensmittel auf den Verbrauchermärkten gelangen. Anstatt einfach zu behaupten, dass eine Vielzahl von Weizen oder Erdnüssen allergenfrei ist, wäre dies irreführend, sagt Rustgi, da die Menschen genau wissen müssen, welche Proteine ​​die Lebensmittel enthalten und welche fehlen.

Beide Forscher hoffen, weiterhin Pflanzen zu entwickeln, die so nah wie möglich an Allergenen sind.

"Verschiedene Gruppen oder Labore verwenden unterschiedliche Tools oder Technologien", sagt Dodo. "Aber ich denke, insgesamt sind alle besorgt, die Lösung für das Problem der Allergien zu finden."