Dr. Renée Arias Dr. Victor Sobolev Dr. Marshall Lamb - Asigurarea siguranței arahidei prin exploatarea uzinei
Toxinele fungice care se pot acumula în arahide reprezintă o amenințare ascunsă pentru oameni la nivel global. În timp ce țările europene și SUA au controale pentru a preveni pătrunderea semințelor contaminate pe piață, acest lucru nu este disponibil în multe țări în curs de dezvoltare, unde arahidele sunt o sursă vitală de proteine și nutrienți. Cu toate acestea, detectarea și controlul acestor toxine a reprezentat provocări științifice și economice semnificative. Dr. Renée Arias, Dr. Victor Sobolev și Dr. Marshall Lamb al Laboratorului Național de Cercetare a Arahidelor USDA au inițiat metode pentru inhibarea producției de toxine folosind tehnologia RNAi și îmbunătățirea apărării naturale a arahidei.
Un super-aliment versatil
Fie că îi iubești, fie că îi urăști, rămâne faptul că arahidele sunt o putere în lumea alimentară. Acest superaliment este bogat în vitamine, minerale, fibre, uleiuri sănătoase și proteine. Arahidele oferă, de asemenea, protecție împotriva unor tipuri de cancer. Un aliment uimitor de versatil, cu o aromă bogată, distinctă, arahidele pot fi consumate direct din cojile lor moi după prăjire, fierte, transformate în ulei de arahide, unt de arahide sau făină de arahide și sunt folosite ca ingrediente într-o serie de gustări și mese.
Deși grupate cu alte nuci în scopuri culinare, arahidele sunt de fapt un tip de leguminoase și, prin urmare, sunt mai strâns legate de mazăre și fasole decât nucile de copac, cum ar fi migdalele sau caju. Se formează sub pământ în interiorul cojilor moi, fibroase și, ca și alte leguminoase, pot transforma azotul în sol în aminoacizi și proteine.
Alunele folosesc o mică parte din apa necesară pentru cultivarea nucilor, făcându-le o resursă vitală de hrană în climatul uscat. În prezent, arahidele sunt principala sursă de proteine din Africa Subsahariană și pentru familiile cu venituri mai mici din SUA. Având în vedere că secetele și lipsa apei vor crește din cauza schimbărilor climatice, arahidele vor deveni probabil o resursă din ce în ce mai importantă în viitor.
Un interoperator toxic
Dar dacă ai mânca cea mai importantă mâncare ar fi ca și cum ai juca un joc de ruletă rusească? Ce se întâmplă dacă ar fi să alegi între a mânca alimente potențial contaminate sau a înfometa? În unele țări în curs de dezvoltare, acest lucru nu este doar ipotetic, ci o realitate cu care se confruntă în fiecare zi.
Aspergillus este un gen de ciuperci care se găsește abundent în multe medii diferite de pe glob. Poate mai recunoscut ca mucegaiul care prosperă pe suprafețele umede ale gospodăriei și care poate provoca infecții pulmonare, unele specii de Aspergillus contaminează o serie de culturi, inclusiv arahide, orez, cereale și fasole.
Odată ajunsă în cultură, ciuperca continuă să digere nutrienții, să creeze spori pentru reproducere și să elibereze metaboliți - molecule simple care ajută ciuperca să concureze cu alte ciuperci. Unii dintre acești metaboliți Aspergillus, numiți „aflatoxine”, sunt extrem de toxici pentru oameni și alte mamifere. Aflatoxinele produse de Aspergillus sunt, fără îndoială, unele dintre cele mai periculoase toxine găsite în natură, fiind unele dintre cele mai puternice substanțe cauzatoare de cancer și pot provoca suprimarea imunității, afectarea creșterii la copii și toxicoza severă.
Dr. Renée Arias, Dr. Victor Sobolev și Dr. Marshall Lamb de la Departamentul Agriculturii al Statelor Unite (USDA) - Laboratorul Național de Cercetare a Arahidei, investighează speciile Aspergillus care se găsesc în mod obișnuit în culturile de arahide de pe glob și rezistența naturală a plantelor de arahide la infecțiile fungice. Scopul lor este de a dezvolta metode de prevenire a infecției cu Aspergillus în culturile de arahide. În afară de a face alunele mai sigure de a mânca și de a preveni pierderile anuale enorme de culturi datorate contaminării cu Aspergillus, activitatea lor ar putea fi extinsă și la alte culturi afectate în mod obișnuit. În cele din urmă, acest lucru ar putea elimina riscul consumului acestor alimente în zone în care reglementările guvernamentale adecvate și testarea adecvată în laborator sunt prea costisitoare.
Dr. Mohammed efectuează extracții de ADN din Aspergillusisolates din Etiopia.
Tăcerea genelor Aspergillus
Descoperirea abilității plantelor de a închide genele în celulele fungice invadatoare a deschis o lume cu totul nouă de posibilități pentru controlul ciupercilor dăunătoare. Mecanismul din spatele acestui lucru se numește RNAi - sau „interferență cu acidul ribonucleic”. ARN formează baza transformării informațiilor din ADN în funcții celulare; prin urmare, dacă o plantă produce un segment de ARN care se potrivește și, prin urmare, interferează cu un segment de ARN produs de o ciupercă, poate neutraliza în mod eficient funcțiile biologice din celulele fungice.
Dr. Arias și echipa ei au fost primii care au aplicat acest concept ciupercilor Aspergillus din arahide. Inițial, echipa a efectuat anchete ample asupra speciilor predominante de Aspergillus care invadează arahide în Georgia, statul care produce majoritatea arahidelor din SUA, precum și în estul Etiopiei și Uganda, unde arahidele reprezintă o parte vitală a dietei.
„Pentru ca ARNi să fie eficient, trebuie cunoscută secvența ADN a genelor vizate”, notează Dr. Arias. Astfel, echipa și-a urmărit studiile investigând care gene Aspergillus sunt cele mai potrivite pentru direcționare utilizând tehnologia RNAi. Ei au realizat acest lucru prin secvențierea întregului genom al celor mai comune tulpini de Aspergillus pe care le-au detectat. Folosind tehnici moleculare avansate, Dr. Arias și colegul ei, Dr. Phat M. Dang, au dezvoltat apoi plante de arahide care au capacitatea de a produce ARN de combatere a aflatoxinelor în propriile celule. Prin prevenirea genelor din ciuperca Aspergillus de a produce aflatoxine, acumularea acestor toxine în arahide ar putea fi, de asemenea, evitată.
Alunele sunt transformate în laborator și crescute în cultura țesutului până când plantele sunt suficient de mari pentru a fi transferate în seră. CREDIT: Dr. Dang
Dr. Arias a fost dornic să se bazeze pe acest succes, investigând comportamentul ARN-ului care luptă împotriva aflatoxinelor în culturile de arahide. Echipa ei de cercetare a urmărit mișcarea ARN din interiorul plantelor și a descoperit că se deplasează către arahide formându-se sub pământ - ideal pentru a viza Aspergillus în cea mai importantă zonă de invazie. Descoperirile lor au arătat, de asemenea, că ARN-ul se înmulțește în interiorul plantei în timp, oferind potențial niveluri crescute de protecție.
Pentru a confirma succesul tehnologiei, echipa a creat și rafinat o tehnică de testare a aflatoxinelor extrem de sensibile, care necesită doar un sfert de arahide pe probă pentru a obține o măsurare exactă a cantității de aflatoxină prezentă. Anterior, testarea aflatoxinelor era intensă în muncă și timp și a necesitat un eșantion mare de arahide pentru a obține o măsurare exactă. Folosind noua lor tehnică, Dr. Arias și echipa ei au confirmat că acumularea de aflatoxine în arahide a fost cu 70% până la 100% mai mică în plantele de arahide îmbunătățite.
Echipa își propune să utilizeze aceste descoperiri pentru a dezvolta o tehnologie RNAi cu spectru larg, care va permite controlul unei game mai largi de specii de Aspergillus cu o singură metodă și se poate extinde și la alte culturi alimentare vulnerabile la ciuperci. „Credem că aplicarea sa în creșterea arahidelor și a altor culturi va aduce progrese rapide în acest domeniu important al științei, medicinei și nutriției umane”, spune dr. Arias, „și va contribui semnificativ la efortul internațional de control al aflatoxinelor.”