Progressi nel grano per la celiachia

La celiachia (CeD) è una condizione che colpisce circa l'1% della popolazione mondiale. Causa infiammazione nell'intestino tenue quando le persone con una predisposizione genetica consumano glutine di Grano e proteine simili. Attualmente, l'unico trattamento efficace per la CeD è una dieta completamente priva di glutine. Tuttavia, anche chi segue una dieta senza glutine può affrontare problemi di salute a causa della mancanza di nutrienti, cambiamenti nei batteri intestinali, isolamento sociale e costi di vita crescenti.

Il glutine è un tipo di proteina presente nel grano che conferisce a pane e pasta la loro consistenza unica. È composto da due gruppi principali di proteine: glutenine e gliadine. Le glutenine si legano tra loro tramite legami speciali, formando una rete robusta, mentre le gliadine di solito si legano con le glutenine in modo più debole. Molte di queste proteine contengono anche sequenze di aminoacidi specifiche che possono scatenare una reazione immunitaria nelle persone con CeD. Questa risposta immunitaria può portare a danni alla mucosa intestinale.

Alcune sequenze proteiche che causano forti reazioni immunitarie nelle persone con CeD sono conosciute come epitopi immunodominanti. Questi epitopi si trovano in diverse proteine di gliadina. Studi hanno dimostrato che la quantità di glutine consumata dai bambini, specialmente quelli con gemelli identici, è collegata allo sviluppo della CeD. Inoltre, le persone con un particolare gene (HLA-DQ8) hanno un rischio inferiore di sviluppare la CeD rispetto a quelle con il gene HLA-DQ2.

La ricerca suggerisce che ridurre la quantità di proteine di glutine dannose nel grano potrebbe aiutare a diminuire le probabilità di sviluppare la CeD nella popolazione. Tuttavia, rimuovere tutte le proteine di glutine dannose è difficile, poiché ci sono oltre 40 proteine note nel grano che possono scatenare la malattia. Rimuovere le proteine che non influiscono molto sulla qualità della panificazione potrebbe essere un buon approccio.

Un obiettivo per rimuovere proteine di glutine dannose è un tipo specifico di gliadina chiamata α-gliadine, che costituiscono una grande parte delle gliadine nel grano. Queste proteine generalmente non influenzano molto la forza del glutine. Tuttavia, studi mostrano risultati contrastanti su come la rimozione di queste proteine impatti sulla qualità della panificazione.

Le α-gliadine contengono molti peptidi immunogenici noti, inclusi quelli che portano a forti risposte immunitarie nella CeD. I ricercatori hanno utilizzato radiazioni gamma per creare tipi di grano con delezioni nei geni che producono α-gliadine. Queste delezioni sono state chiamate Δgli-A2, Δgli-B2 e Δgli-D2. Lo scopo era studiare come queste delezioni influenzassero rese, contenuto proteico e qualità del pane prodotto con il grano.

#Materiali vegetali e metodologia

Nella ricerca, è stato sviluppato un tipo specifico di grano (RIL143) incrociando diverse varietà e trattandolo con radiazioni. Questa linea include un gene che fornisce resistenza a una malattia chiamata ruggine a strisce. Il trattamento con radiazioni ha portato a molti piante discendenti, alcune delle quali sono state selezionate per ulteriori studi.

Per esaminare da vicino specifici geni, è stata condotta un'analisi dell'aplotipo. Questa analisi ha confrontato i geni delle varietà di grano per vedere quali avessero le migliori corrispondenze. L'obiettivo era trovare i migliori riferimenti per i geni responsabili della produzione di α-gliadine. Questi confronti hanno mostrato diversi tipi di variazioni genetiche all'interno delle linee di grano analizzate.

Successivamente, i ricercatori hanno cercato delezioni nei cluster genici delle α-gliadine su tre cromosomi del grano. Le piante che non mostravano marcatori proteici specifici sono state selezionate per ulteriori analisi. Queste delezioni sono state poi analizzate utilizzando un metodo chiamato SDS-PAGE per confermare l'assenza delle proteine mirate.

#Prove sul campo e condizioni di crescita

Le linee di riso selezionate con delezioni sono state testate in un ambiente controllato per due stagioni di crescita. I trial sono stati impostati per confrontare il grano con delezioni con la varietà originale. Condizioni come densità di semina e irrigazione sono state gestite con attenzione durante il periodo di crescita.

I dati sono stati raccolti durante i trial, concentrandosi su vari parametri come resa del grano, contenuto proteico e peso del test. In generale, le linee con delezioni non hanno mostrato differenze significative rispetto alla varietà originale in gran parte di queste caratteristiche. Un'eccezione è stata la linea con delezione Δgli-A2 che aveva una resa di grano leggermente inferiore.

I ricercatori hanno anche introgressato la delezione Δgli-D2 in una varietà commerciale di grano ad alta resa per vedere se avrebbe migliorato la qualità mantenendo i livelli di produzione.

#Valutazione della qualità della panificazione

L'impatto delle delezioni sulla qualità del pane è stato anche valutato. A differenza dei risultati sulla resa del grano, le delezioni hanno avuto effetti positivi significativi sulla qualità della panificazione. In particolare, la linea Δgli-D2 ha mostrato miglioramenti nella forza del glutine e in varie misurazioni di qualità come il tempo di miscelazione e l'assorbimento dell'acqua.

Al contrario, le delezioni Δgli-A2 e Δgli-B2 hanno avuto effetti minori. La combinazione della delezione Δgli-A2 Δgli-D2 ha mostrato vantaggi ancora più significativi nelle misure di qualità del pane. I test di cottura hanno confermato che il grano con queste delezioni produceva un pane migliore rispetto alla varietà originale.

#Analisi delle proteine

Per comprendere gli effetti delle delezioni sulla composizione proteica, i ricercatori hanno estratto proteine dai grani di grano. Hanno utilizzato un metodo che coinvolge alcool e successivo lavaggio per isolare proteine specifiche, poi le hanno analizzate per differenze nella struttura e composizione.

I risultati hanno confermato che alcune proteine, in particolare quelle con sette cisteine, venivano incorporate più frequentemente nel glutine. Queste specifiche proteine erano collegate a proprietà di glutine più forti, in linea con l miglioramento della qualità del pane osservato in precedenza.

#Variazione genetica delle proteine di gliadina

Oltre ai benefici qualitativi, sono state esaminate anche le variazioni nei livelli di proteine di gliadina. È emerso che diverse varietà di grano mostrano frequenti variazioni nel numero di α-gliadine, riflettendo la complessità di queste proteine come parte di una famiglia genica più grande. Lo studio ha anche evidenziato come le variazioni nei livelli di queste proteine possano influenzare la qualità complessiva del grano e del pane prodotto.

#Riduzione dell'immunogenicità

Ridurre le proprietà immunogene del grano è un obiettivo importante per aiutare chi soffre di celiachia. Rimuovere proteine altamente reattive dal grano potrebbe potenzialmente abbassare l'incidenza della CeD nella popolazione generale. Una strategia coinvolge il targeting di proteine note per causare forti risposte immunitarie.

Le α-gliadine sono state identificate come buoni candidati per questo processo, in particolare il locus GLI-D2, che conteneva una alta proporzione di epitopi dannosi. I ricercatori hanno notato che eliminare le proteine dannose potrebbe essere realizzabile senza influenzare la qualità del grano e, in alcuni casi, potrebbe anche migliorarla.

I risultati della ricerca sottolineano la promessa di sviluppare varietà di grano con livelli immunogenici ridotti. Creando linee che mancano degli epitopi dannosi principali, potrebbe essere possibile migliorare la qualità del pane rendendolo più sicuro per chi è a rischio di celiachia.

#Direzioni future

Anche se lo studio si è concentrato su delezioni chiave nelle proteine α-gliadine, c'è un bisogno continuo di esplorare modifiche genetiche simili in altre proteine del glutine. La ricerca continua è necessaria per garantire che la ridotta immunogenicità non comprometta le qualità essenziali richieste per la panificazione.

Inoltre, combinare delezioni genetiche su più loci potrebbe fornire una strategia efficace per creare grano che sia sia sicuro per i consumatori che adatto per la produzione commerciale. L'introduzione di queste delezioni in varietà di grano ampiamente accettate potrebbe avere un grande potenziale per soddisfare le esigenze sia della salute che degli standard culinari.

In sintesi, la ricerca dimostra un chiaro percorso verso il miglioramento del grano a beneficio di chi ha disturbi legati al glutine senza sacrificare la qualità. Gli sforzi per rimuovere completamente le proteine di glutine dannose richiederanno ulteriori indagini, specialmente per confermare la sicurezza di tali prodotti per individui con condizioni esistenti.

Il potenziale di sviluppare grano con un profilo immunogenico ridotto segna un passo significativo avanti nell'affrontare le sfide poste dalla celiachia, migliorando al contempo la qualità dei prodotti alimentari disponibili per i consumatori.