A gluténmentes étrend: A lisztérzékenységben szenvedők alternatív gabonafélék tesztelése

Isabel Comino

1 Departamento de Microbiología y Parasitología, Facultad de Farmacia, Universidad de Sevilla, c/Profesor García González 2, 41012 Sevilla, Spanyolország; E-mail: se.su@onimoci (I.C.); se.su@oneroml (M.L.M.); se.su@cra (A.R.)

María de Lourdes Moreno

Ana Real

Alfonso Rodríguez-Herrera

2 Instituto Hispalense de Pediatría, c/Guadalbullón 2, 41013 Sevilla, Spanyolország; E-mail: moc.airtaidepphi@zeugirdorosnofla

Francisco Barro

3 Instituto de Agricultura Sostenible (C.S.I.C.), Alameda del Obispo s/n, 14004 Córdoba, Spanyolország; E-mail: se.cisc.sai@orrabf

Carolina Sousa

Absztrakt

A szigorú gluténmentes étrend (GFD) az egyetlen jelenleg elérhető terápiás kezelés a lisztérzékenységben szenvedő betegeknél, a vékonybél autoimmun rendellenességében, amely a gluténfehérjék tartós intoleranciájával jár. A gabonafélékben található gluténfehérjék teljes kizárása az étrendből a lisztérzékenység kezelésének kulcsa. Ez azonban számos társadalmi és gazdasági következményt generál az élelmiszerekben található glutén mindenütt jelenléte miatt. A jelen áttekintésben bemutatott kutatás az alternatív gabonafélék és áltermékek és származékaik jelenlegi helyzetére összpontosít, amelyeket természetes szelekcióval, tenyésztési programokkal, valamint transzgénikus vagy enzimatikus technológiával nyernek, a celiakia által tolerált potenciállal. Végül számos stratégiát írunk le az étrendi glutén méregtelenítéséről. Ezek közé tartozott a gliadin fragmens enzimatikus hasítása különböző organizmusokból származó prolil endopeptidázok (PEP) által, a toxikus peptidek lebontása a gabona enzimek csírázásával és a gabona lisztek transzamidálása. Ez az információ felhasználható olyan gabonafélék keresésére és fejlesztésére, amelyek mérgező gabonafélék sütési és táplálkozási tulajdonságait tartalmazzák, de amelyek nem súlyosbítják ezt az állapotot.

1. Bemutatkozás

A lisztérzékenység egy élelmiszer-intoleranciával összefüggő szindróma, amely annak ellenére, hogy alul diagnosztizálták, az egyik leggyakoribb krónikus emésztőrendszeri rendellenesség. Genetikailag hajlamos egyéneknél alakul ki, akiknél az azonosítatlan környezeti tényezők (fertőzések, a mikrobiális flóra változásai stb.) Kiválthatják a búza, az árpa, a rozs és a zab glutén intoleranciáját [1,2]. A glutén a fehérjék komplex keveréke, az úgynevezett prolamin. Ennek a fehérjefrakciónak megnevezése van: a búza prolaminokat gliadineknek és glutenineknek, az árpa prolaminokat hordineknek, a rozs prolaminokat szekalinnak és a zabból származó avenineknek nevezik. Ezeknek a fehérjéknek a közös jellemzője a többszörös prolin- és glutaminmaradék jelenléte, ellenállóvá téve őket a gyomor-bél emésztésével szemben, és jobban ki vannak téve a szöveti transzglutamináz dezaminálásának.

A glutén toxicitásáért felelős számos epitópot azonosítottak azon képességük alapján, hogy stimulálják-e a gluténra reagáló T-sejtek proliferációját a lisztérzékenységi betegekből származó vékonybél biopsziákban. Ha csak a búzát vesszük figyelembe, akkor az Immuneppitóp Adatbázisban (IEDB) [3] 190 T-sejt stimuláló epitóp található a coeliakia kapcsán. Ezek közül 94 epitóp található az α-gliadin génekben, 74 γ-gliadin génekben, 12 ω-gliadin génben, 8 alacsony molekulatömegű (LMW) glutenin génben és 2 nagy molekulatömegű (HMW) génben.

A cöliákia immunopatogenezisének magyarázatára a legelfogadottabb modell a két szignálos modell, amelyet egy első veleszületett immunválasz és egy későbbi másodlagos adaptív válasz jellemez, amely elősegíti a szövettani elváltozást, amelyet a limfociták masszív intraepithelialis infiltrációja, kriptahiány és villos atrófia [2]. Ezeknek a fehérjéknek a fogyasztása a cöliákia vékonybél kriptáinak gyulladásához, sorvadásához és hiperpláziájához vezet. Ez a betegség azonban nemcsak a bélrendszert érinti, hanem szisztémás betegség, amely a bőr, a máj, az ízületek, az agy, a szív és más szervek sérülését okozhatja.

A lisztérzékenység remisszióba megy, amikor a betegek glutén kizáró étrendet alkalmaznak, és a betegek visszaesnek, amikor a glutént visszavezetik az étrendbe [1,2]. A GFD betartása nehéz és befolyásolja a betegek életminőségét, de a szigorú étrend elengedhetetlen a morbiditás és a halálozás csökkentése érdekében [4].

A glutén számos különleges tulajdonsággal rendelkezik, amelyek elősegítik különböző élelmiszer-ipari termékekben való felhasználását. Mivel a keményítő gyártása során nagy mennyiségű glutén keletkezik, viszonylag alacsony az ára. Ez problémásnak bizonyulhat a GFD-ben szenvedők számára, mivel a gluténfehérjék váratlan forrásokban, például húsban, halban vagy tejtermékekben találhatók. Ez az oka annak, hogy aktívan keresik a GFD alternatív megközelítéseit [5], amelyek magukban foglalják új gabonafélék vagy glutén felkutatását és fejlesztését, alacsony vagy alacsony immunogén tartalommal. Ebben a cikkben áttekintjük a természetes szelekcióval, tenyésztési programokkal, valamint transzgénikus vagy enzimatikus technológiával nyert alternatív gabonafélék és származékaik jelenlegi állapotát, amelyet a cöliákiás betegek potenciálisan tolerálhatnak.

2. A gabonafélék és a pszeudocereal természetes változatai, amelyek celiaciás betegek számára alkalmasak

2.1. Búza és árpa

A termesztett búza genetikailag nagyon összetett, mivel az ősi diploid fajokból származik a természetes hibridizáció és az azt követő poliploidizáció folyamata révén. A két mezőgazdasági jelentőségű búzafaj, a tészta búza és a kenyérbúza a tetraploid (két genom, AABB) és a hexaploid (három genom, AABBDD), ill. A tetraploidok a természetben két diploid faj, minden donor A és B genom 0,5 és 2 millió évvel ezelőtti spontán hibridizációjával keletkeztek. A kenyérbúza (AABBDD) a mezőkön keletkezett, körülbelül 8000 évvel ezelőtt, a durumbúza (AABB) és az Aegilops tauschii, a D genom diploid donora közötti spontán hibridizáció révén (1. ábra).

A búza és a kapcsolódó Aegilops fajok közötti evolúciós kapcsolatokat bemutató diagram. A szaggatott vonal elválasztja a vad és háziasított búzafajt. Az ősi vagy ismeretlen fajokat kettős szaggatott téglalap veszi körül. A ploiditás szintjét és a kromoszómák számát feltüntetjük. Nómenklatúra van Slageren szerint [8].

Az egyik búzafajt, a Triticum aestivum-ot elsősorban a modern iparosodott világban használják, a megnövekedett fehérjetermelés, valamint a hidegebb éghajlaton való szívóssága miatt. Megállapították azt is, hogy a lisztérzékenységre leginkább immunogén fehérjék a T. aestivum gliadin frakciójában helyezkednek el. Ugyanakkor csaknem 20 másik búzafaj létezik, amelyeket vagy nem a modern társadalmak termesztenek, vagy amelyeket a világ bizonyos régióiban termesztenek [6]. Ilyen nagy mennyiségű búzafaj rendelkezésre állása esetén jelentős mennyiségű kutatásra összpontosítottak különféle búzafajok és fajták feltárását, a lisztérzékenységben szenvedők szigorú GFD-jének alternatívájaként [7].

Néhány megközelítést hajtottak végre a cöliákiás toxikus fehérjék eltávolítására az árpában. Dupla null értékű hibrid növényeket, amelyek nagyrészt nem tartalmaznak B- és C-hordeint, hagyományos keresztezéssel állítottak elő [16]. Az árpa diploid, és ellentétben a kenyérbúzával, a hordének genetikája viszonylag egyértelmű. A hordeinek négy fehérjecsaládja létezik: B-, C-, D- és γ-hordeinok, a B- és C-hordének együttesen az árpahordinek több mint 90% -át teszik ki. A hordein kettős-nullás árpa vonalak izolálása a Risø 56 és a Risø 1508 hibridekbõl olyan vonalat eredményezett, amely nem halmozza fel a B- vagy C-hordeint, és csak 3% -a vad típusú hordeint tartalmaz, a T reaktivitásának 20-szoros csökkenésével együtt. -cellás vizsgálatok [16,17]. Ezenkívül az elvégzett vizsgálatok kimutatták, hogy egyes malátavonalak (Hordeum vulgare) kevésbé immunogének voltak, mint a vad vonalak (Hordeum chilense) [18]. Ezek az eredmények felvethetik az alacsony káros gluténtartalmú árpafajok szaporodásának esélyét, és vonzó cél lehet a nem mérgező árpafajták kifejlesztése, amelyek potenciálisan felhasználhatók a világszerte fogyasztott italok, valamint a sörök gyártásához. A toxikus gabonafélék más fajainak vagy fajtáinak, például a rozsnak a celiakia-toxicitásának változékonyságáról azonban semmit sem tudni.

2.2. Zab

A termesztett zab az Avena L. nemzetséghez tartozó hexaploid gabonafélék, amelyek világszerte szinte minden mezőgazdasági környezetben megtalálhatók [19]. A közelmúltban a zab egyre nagyobb érdeklődésnek örvend emberi táplálékként, főleg azért, mert a gabonafélék alkalmasak lehetnek lisztérzékenységi betegek fogyasztására. A zabnak több változata áll rendelkezésre. Gazdag fehérjeforrás, számos fontos ásványi anyagot, lipideket, β-glükánt, vegyes kötésű poliszacharidot tartalmaz, amely a zab élelmi rostjának fontos részét képezi, és különféle egyéb fitokomponenseket tartalmaz, például avenantramidokat, egy indol alkaloid- gramine, flavonoidok, flavonolignánok, triterpenoid szaponinok, szterolok és tokolok. Hagyományosan a zabot már régóta használják, és stimulánsnak, görcsoldónak, daganatellenesnek, vizelethajtónak és neurotonikusnak tekintik. A zab különböző farmakológiai aktivitással rendelkezik, mint antioxidáns, gyulladáscsökkentő, antidiabetikus, antikoleszterinémiás stb. [20].

A különbözõ vizsgálatok összehasonlítását bonyolítja a különbözõ vizsgálati tervek, a tesztelés során alkalmazott különbözõ körülmények, az egyes vizsgálatokba bevont alanyok száma és a klinikai vizsgálatokban használt zabanyag tisztaságának szabályozása. A különböző minták másik releváns tényezője, hogy nincs információ a felhasznált zabfajtáról. Silano és mtsai. [25] négy zabfajtából származó aveninek immunogén hatását vizsgálták CD-s betegek perifériás limfocitáinak felhasználásával. Ezeknek a kutatóknak a tesztelt zabfajták mindegyike (Lampton, Astra, Ava és Nave) immunogén volt, különbséggel reagálva. Más tanulmány azonban megerősítette, hogy az Avena genziana és az Avena potenza nem mutatnak in vitro aktivitást a CD patogenezisével kapcsolatban [26].

Beszámoltak a G12 antitest hasznosságáról a celiaciás betegek számára potenciálisan toxikus zabfajták azonosításában [27]. Ez a megállapítás lehetővé tette a zabfajták három csoportba sorolását a G12 antitest iránti affinitásuk mértéke alapján: magasan elismert, mérsékelten felismerhető és reaktivitás nélküli csoport [27]. Ezeket az eredményeket a MALDI-TOF, az SDS-PAGE és a Western blot megerősítette, megmutatva, hogy a kilenc zabfajta esetében kapott csúcsok száma, relatív intenzitása és fehérje profilja különbözik egymástól. A különböző zabtípusok potenciálisan immunotoxicitását a T-sejtek szaporodása és az interferon y felszabadulása határozta meg. A cöliákiás betegekből izolált T-sejtek három zabfajtával (mindegyik a besorolt csoportból egyet) mutató reaktivitása közvetlenül korrelált a moAb G12 reaktivitásával. A különféle zabfajtákkal szembeni reakcióképességben megfigyelt sokféleség arra utal, hogy az avenin-összetétel, és ennélfogva az ezekben a fajtákban jelen lévő 33-merhez hasonló immunotoxikus epitópok mennyisége változik. Ez racionális magyarázatot ad arra, hogy miért csak egyes zabok váltanak ki immunológiai választ.

A búza-gliadinokkal összehasonlítva az avenineket kevéssé tanulmányozták, és az adatbázisokban jelen lévő teljes avenin-gének száma korlátozott és kevés genotípusból áll, így az avenin-gének variabilitása a zabban nem jól képviselteti magát. Nemrégiben ismert, hogy a búzához hasonlóan a zabszemek egyaránt tartalmaznak monomer és polimer avenint [28]. Közvetlen összefüggést találtak a különböző zabfajták immunogenitása és a magasabb/alacsonyabb potenciális immunotoxicitású specifikus peptidek jelenléte között, ami megmagyarázhatja, hogy a zab egyes fajtái miért mérgezőek a lisztérzékenységben szenvedőkre, és más nem [28]. Bizonyos zabfajtáknak az élelmiszeripari termékekbe történő beépítése nemcsak javíthatja a táplálkozás minőségét, hanem különféle betegségek kezelésére is alkalmas lehet, és a celiaciában szenvedő betegek örömmel fogadják.

2.3. Egyéb gabonafélék és áltermékek

Köztudott, hogy a gluténtartalmú gabonafélék magas tápértéke és a glutén által létrehozott viszkoelasztikus hálózat kiváló levegőztetett szerkezetet tesz lehetővé az élelmiszerekben. Ezzel szemben a gabonaalapú gluténmentes termékek gazdagok lehetnek szénhidrátokban és zsírokban, és hiányosak a makrotápanyagok és a mikroelemek terén. Következésképpen a GFD hosszú távú betartása tápanyaghiányt okozhat. Különböző fehérjéket javasoltak alternatívaként mind a polimer szerepének betöltésére, mind a gluténmentes termékek tápértékének növelésére. Egyéb összetevők/tápanyagok, például 3-omega lipidek, specifikus fehérjék stb. Beépítése alternatív megoldás a gluténmentes termékek tápanyag-összetételének javítására.

Figyelemre méltó, hogy számos olyan gabona (a pázsitfűfélék családjának tagja), amelyek szorosan kapcsolódnak a búzához, a rozshoz és az árpához, a taxonómia alapján mérgezőnek tekinthetők. Ezenkívül néhány, a szemekben lévő fehérje homológiára összpontosító tanulmány alátámasztotta a molekuláris bizonyítékokat [28,29]. A kukoricával rokonnak tűnő más törzsek tagjai azonban biztonságosnak tekinthetők (2. ábra), helyettesítőként szolgálhatnak és lisztet adhatnak főzéshez és sütéshez a lisztérzékenyek és a gluténérzékenyek számára. Proteinvizsgálatok támasztják alá ezt a következtetést, bár a vizsgálatok nem eléggé teljesek ahhoz, hogy útmutatáson túlmutassanak.