Cercetătorii au reușit să elimine proteinele din grâu dăunătoare persoanelor cu boală celiacă

Un nou studiu publicat în Theoretical and Applied Genetics de cercetători de la Universitatea California – Davis oferă dovezi că eliminarea unei clase specifice de proteine din grâu – α-gliadinele de pe brațul scurt al cromozomului 6D – poate avea un dublu beneficiu: reducerea epitope-lor imunodominante implicate în declanșarea bolii celiace și îmbunătățirea calității glutenului, esențială pentru panificație.
Boala celiacă este o afecțiune autoimună declanșată de ingestia de gluten la persoane cu predispoziție genetică, în special purtători ai alelelor HLA-DQ2 și HLA-DQ8. Aceste molecule HLA recunosc secvențe proteice specifice – epitopi – din gluten și inițiază un răspuns imun inflamator la nivelul mucoasei intestinale. Dintre proteinele glutenului, α-gliadinele din grâul hexaploid sunt cele mai bogate în epitopi imunodominanți.

Însă eliminarea totală a proteinelor glutenice din grâu ar compromite semnificativ proprietățile de panificație. Prin urmare, o abordare intermediară viabilă este eliminarea doar a proteinelor cu impact major imunologic, dar cu contribuție redusă la calitatea aluatului.

Despre studiu

Folosind radiații gamma, cercetătorii au generat linii de grâu cu deleții în regiunile genomice care codifică α-gliadinele: Δgli-A2, Δgli-B2 și Δgli-D2. Linia Δgli-D2, care elimină complet clusterul de α-gliadine de pe cromozomul 6D, a fost în centrul atenției, deoarece:

• Conține 81,8% dintre epitopii imunodominanți ai α-gliadinelor.
• Include peptidul 33-mer, una dintre cele mai imunogene secvențe cunoscute.
• Codifică α-gliadine cu șapte cisteine (7-CYS), unică între cele trei locuri GLI2, cu potențial de a forma legături disulfurice cu glutenina și a compromite integritatea polimerului de gluten.

Autorii au realizat:

• analize genetice pentru a identifica dimensiunile delețiilor și efectele asupra exprimării genelor;
• experimente agronomice în câmp pentru a evalua randamentul și calitatea bobului;
• analize proteomice pentru a determina modificările în conținutul de gliadine și glutenine;
• testări de panificație standardizate pentru a evalua calitatea glutenului și performanța aluatului.

Rezultate

Eliminarea GLI-D2 reduce semnificativ epitopii toxici

• Dintre epitopii identificați în α-gliadinele grâului de pâine „Fielder”, peste 50% provin din GLI-D2.
• GLI-D2 include toți epitopii 33-mer și majoritatea secvențelor DQ2.5-glia-α1a/b și DQ2.5-glia-α2.
• În urma deleției Δgli-D2, nivelul acestor epitopi a fost semnificativ redus, fără afectarea altor caracteristici agronomice.

Îmbunătățirea semnificativă a calității glutenului

Linia Δgli-D2 a prezentat:

• +129% stabilitate la farinograf;
• +24% index gluten;
• +12% volum de pâine;
• +65% scor general de panificație;
• +53% timp de amestecare optim.

Deleția combinată Δgli-A2 Δgli-D2 a replicat aceste beneficii fără a compromite randamentul sau masa boabelor.

Proteinele 7-CYS α-gliadine afectează negativ rețeaua de gluten

Prin analize proteomice, s-a constatat că proteinele 7-CYS din GLI-D2 sunt preferențial integrate în polimerul de gluten, formând legături disulfurice nedorite. Eliminarea lor prin Δgli-D2 a dus la creșterea proporției de glutenine și mărirea lungimii macropolimerului glutenic, explicând îmbunătățirea texturii și elasticității aluatului.

Deleția Δgli-D2 este stabilă și compatibilă cu linii comerciale

Deleția Δgli-D2 a fost introdusă prin încrucișări în varietatea de grâu UC-Central Red. Nu s-au observat pierderi de randament sau alte trăsături negative în condiții de câmp. Beneficiile asupra calității glutenului s-au menținut și în acest fundal genetic de înaltă performanță.

Triplele deleții (Δgli-A2 Δgli-B2 Δgli-D2) au condus la sterilitate

Liniile cu deleție simultană în toate cele trei regiuni GLI2 nu au fost viabile reproductiv, sugerând că anumite gene esențiale au fost afectate.

Concluzii

Deleția GLI-D2 oferă o strategie promițătoare pentru reducerea riscului de boală celiacă la nivel populațional, prin scăderea nivelului de epitopi imunodominanți din gluten. În același timp, aceasta are un efect favorabil asupra proprietăților reologice ale glutenului, contrar temerilor legate de degradarea calității panificabile.

Mai mult, combinarea cu deleția GLI-A2 permite o reducere și mai profundă a epitopilor toxici, fără penalități agronomice sau de procesare.

Această cercetare demonstrează că eliminarea selectivă a genelor imunotoxice, cum sunt α-gliadinele de pe 6D, poate fi o soluție realistă în dezvoltarea de soiuri de grâu cu potențial redus de a declanșa boala celiacă, rămânând totodată performante pentru industria de panificație.