A kutatók elsőként készítették el a kenyérbúza referencia-allergiatérképét úgy, hogy a búza genomjában meghatározták a gluténérzékenység, illetve a búzaallergia kialakulásáért felelős fehérjecsaládokhoz tartozó gének pontos számát és kromoszómapozícióját. A csoport tagja volt az MTA Agrártudományi Kutatóközpont három munkatársa is.
A kutatás eredményeit összegző cikk [http://advances.sciencemag.org/content/4/8/eaar8602] vezető szerzője Juhász Angéla, a Murdoch University State Agricultural Biotechnology Centre, és az MTA ATK Mezőgazdasági Intézet Alkalmazott Genomikai Osztály kutatója; a tanulmányt a Science lapcsoport open access folyóirata, a Science Advances közli. Juhász Angéla elmondása alapján az eredmények közelebb visznek csökkent antigén- és allergéntartalmú búzafajták nemesítéséhez. „Ha ismerjük ezeket a fehérjéket, értjük a kenyérbúzára jellemző genetikai változatosságot és a növényre hatást gyakorló környezeti tényezők szerepét, akkor segíteni tudjuk a nemesítőket és az élelmiszeripart olyan alapanyagok és élelmiszerek előállításában, amelyeket azok is fogyaszthatnak, akiknek egyébként tartózkodniuk kellene a búza alapú élelmiszerek fogyasztásától” – magyarázza Juhász Angéla.
A kutatók a coeliákia (gluténérzékenység, vagy a köznyelvben elterjedt kifejezéssel: lisztérzékenység), valamint 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 prolamin típusú 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 fehérje darabkák (un. epitópok), melyek speciális aminosav összetételüknek illetve – sorrendjüknek köszönhetően aktiválják az immunrendszert. Érdekes módon az egyes epitópok 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 kevésbe 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.
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 coeliákiával kapcsolatos fehérjéinek azonosítására és mennyiségének vizsgálatára, különböző környezeti stresszhatások alkalmazása mellett.”. A kutatást búzagenomikai és proteomikai szakértők, rendszerbiológusok és gasztroenterológusok bevonásával végezték.
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 coeliákiával és a WDEIA-val kapcsolatos fehérjék” – részletezi Juhász Angéla.E felismerés nem csak azért fontos, mert a klímaváltozás és a globális átlaghőmérséklet emelkedése miatt gyakrabban előforduló hőhullámok jelentősen befolyásoljak 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 referencia genom 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 GINOP-2.3.2-15-2016-00028 azonosító számú pályázat támogatta.
