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.

lamb

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.”

Căutarea arahidelor rezistente natural

Dezvoltarea tehnicilor fiabile și exacte de testare a aflatoxinelor echipei a oferit, de asemenea, oportunitatea de a revizui potențialul rezistență naturală a arahidelor sălbatice la ciupercile Aspergillus. Ca și în cazul tuturor organismelor vii, arahidele sălbatice prezintă diferite caracteristici individuale, inclusiv unele care le fac mai puțin vulnerabile la atacul ciupercilor Aspergillus. Aceasta înseamnă că unele soiuri de arahide sălbatice stocate în colecțiile de semințe ar putea deține „cheia genetică” pentru deblocarea rezistenței naturale suplimentare la plantele de arahide cultivate.

Contabilizând diferențele de viabilitate a arahidelor îmbătrânite, Dr. Sobolev a reușit să investigheze în mod fiabil „germoplasma” de arahide sălbatice - materialul genetic al plantei conținute în interiorul arahidelor - în colecțiile stocate, cu scopul de a identifica indivizii care prezintă rezistență naturală la Aspergillus. „Am identificat mai multe specii sălbatice de arahide care nu au acumulat aflatoxine”, spune dr. Sobolev. „Unele germoplasme identificate ca rezistente au fost încorporate în programul nostru de reproducere.”

O componentă fundamentală a apărării naturale împotriva invaziei Aspergillus este un grup de molecule relativ simple, numite stilbenoide, care prezintă proprietăți antifungice. Plantele de arahide încep să producă aceste substanțe defensive ca răspuns la invazia Aspergillus. Dr. Sobolev și echipa au demonstrat pentru prima dată că stilbenoizii nu numai că împiedică în mod eficient creșterea fungilor, ci și inhibă producția de aflatoxine de către ciupercă atunci când interacționează cu arahide deteriorate. Acest lucru ar putea fi deosebit de important pentru a atenua o parte din vulnerabilitatea zonelor deteriorate ale plantei la invazia fungică.

Dr. Sobolev și echipa sa au realizat un studiu cuprinzător al proprietăților stilbenoidelor cunoscute anterior și recent descoperite, dezvăluind beneficiile suplimentare pentru sănătate ale acestor molecule pentru oameni și alte mamifere. Munca lor indică faptul că stilbenoizii au proprietăți antiinflamatorii, de combatere a cancerului și antioxidante, ceea ce justifică cercetări medicale suplimentare.

Viitorul eradicării aflatoxinei

În prezent, echipa desfășoară experimente extinse pe teren, cu soiurile lor îmbunătățite de arahide, pentru a asigura o inhibare completă a aflatoxinei atunci când plantele sunt expuse la Aspergillus în condițiile variabile și uneori imprevizibile de mediu găsite în natură. În plus, continuă să dezvolte plante de arahide rezistente la o gamă mai largă de specii de Aspergillus, cu scopul de a dezvolta plante rezistente la toți potențialii invadatori de Aspergillus.

În dezvoltarea tehnologiei țintite RNAi și a plantelor de arahide rezistente la Aspergillus, Dr. Arias și Dr. Sobolev, cu sprijinul liderului cercetătorului, doctorul Marshall Lamb, au reușit să inhibe acumularea de aflatoxine periculoase în arahide. Munca lor are potențialul de a spori dramatic siguranța consumului de arahide pe tot globul, inclusiv în țările în curs de dezvoltare și în zonele cu venituri mai mici, unde reglementările guvernamentale și testarea costisitoare ar putea să nu fie disponibile. De asemenea, prin reducerea cantității mari de arahide pierdute anual la contaminarea cu aflatoxine, acest lucru are avantajul suplimentar al îmbunătățirii accesului la o sursă de hrană sănătoasă și hrănitoare, chiar și cu creșterea populației umane prevăzută în viitor.

Prin utilizarea mai multor abordări complementare pentru reducerea acumulării de aflatoxine în arahide, cum ar fi tehnologia ARNi împreună cu producția de stilbenoizi, echipa speră să ajungă mai rapid la o soluție globală. „Eliminarea aflatoxinelor din lanțul alimentar este o cursă mondială la care ar trebui să participe oameni de știință din diferite discipline care utilizează strategii multiple”, concluzionează Dr. Arias, „dar indiferent cine ajunge primul la linia de sosire, câștigăm cu toții”

Referințe
https://doi.org/10.33548/SCIENTIA409

Faceți cunoștință cu cercetătorul


Dr. Renée S. Arias
Laboratorul național de cercetare a arahidei
USDA-ARS
Dawson, GA
Statele Unite ale Americii

Dr. Renée Arias și-a luat doctoratul la Universitatea din Hawaii, după care a ocupat o funcție postdoctorală în cadrul Departamentului de Inginerie Biosisteme din aceeași universitate. În prezent, Dr. Arias este patolog de cercetare la Laboratorul Național de Cercetare a Arahidei al USDA (USDA-ARS), în Dawson, Georgia. Aici, cercetările sale se concentrează pe bolile fungice ale arahidelor și în special pe metodele de inhibare a acumulării de aflatoxine produse de speciile Aspergillus. Dr. Arias colaborează cu cercetători din întreaga lume și a primit mai multe premii pentru merit științific, inclusiv Premiul prezidențial pentru cariera timpurie în anul 2014 pentru USDA pentru USDA în 2014.

A LUA LEGATURA

Dr. Victor S. Sobolev
Laboratorul național de cercetare a arahidei
USDA-ARS
Dawson, GA
Statele Unite ale Americii

Dr. Victor Sobolev și-a luat doctoratul la Academia Rusă de Științe Medicale, Moscova, Rusia. Cercetările sale chimice l-au condus la laboratorul național de cercetare a arahidei USDA-ARS, unde cercetează în prezent chimia aflatoxinelor și stilbenoizilor din interacțiunile arahide-Aspergillus. Dr. Sobolev și-a dedicat o mare parte din timp pentru a preda multe cursuri de specialitate privind analiza aflatoxinelor și a altor micotoxine din produsele alimentare și agricole.

A LUA LEGATURA

Dr. Marshall C. Lamb
Laboratorul național de cercetare a arahidei
USDA-ARS
Dawson, GA
Statele Unite ale Americii

Doctorul Marshall Lamb și-a făcut doctoratul la Universitatea Auburn în 1995. În prezent, servește ca lider de cercetare la laboratorul național de cercetare a arahidei USDA/ARS și om de știință principal în cadrul proiectului de cercetare USDA-ARS intitulat „Îmbunătățirea competitivității arahidelor din SUA și a culturilor pe bază de arahide Sisteme '. În plus față de cercetările sale, Dr. Lamb a dezvoltat un sistem expert pentru gestionarea fermelor și gestionarea riscurilor de marketing (WholeFarm) și mai multe sisteme pentru irigarea culturilor.

A LUA LEGATURA

COLABORATORI CHEIE

Dr. Phat M. Dang, USDA-ARS

Dr. Imana L. Power, USDA-ARS

Dr. Paola C. Faustinelli, USDA-ARS

Dr. Alicia N. Massa, USDA-ARS

FINANȚAREA

Agenția Statelor Unite pentru Dezvoltare Internațională (USAID)

Licență Creative Commons
(CC BY 4.0)

Această lucrare este licențiată sub o licență internațională Creative Commons Attribution 4.0.

Ce inseamna asta?

Acțiune: Puteți copia și redistribui materialul în orice mediu sau format

Adapta: Puteți schimba și construi materialul în orice scop, chiar și din punct de vedere comercial.

Credit: Trebuie să acordați creditul corespunzător, să furnizați un link către licență și să indicați dacă s-au făcut modificări.

Este posibil să vă placă mai multe articole

Dr. Yasuhiro Sakai Dr. Kazuhiko Kuwahara - GANP: O proteină imunoactivă cu un rol cheie în tumorigeneză

Cercetând rolul unei proteine ​​a sistemului imunitar, GANP, și a genei sale de codificare, ganp, Dr. Yasuhiro Sakai și Dr. Kazuhiko Kuwahara (Școala de Medicină a Universității de Sănătate Fujita) au dezvăluit un rol potențial pentru această proteină importantă în tumorigeneză. Oamenii de știință aplică o abordare multidisciplinară pentru a identifica soluții terapeutice potențiale pentru a ajuta la prognosticul cancerului, o colaborare care are loc în domeniul emergent al imunopatologiei. Cercetătorii se concentrează pe nivelurile diferențiale de GANP care par să se coreleze cu cancerele de sân (GANP scăzut) și cu cancerele limfocitare (GANP ridicat).

Dr. Babita Agrawal - Direcționarea sistemului imunitar în avantajul nostru

Creșterea virusurilor cauzatoare de pandemie este o dezvoltare îngrijorătoare care apare ca un produs secundar al lumii noastre extrem de conectate, iar oamenii de știință trebuie să creeze noi căi pentru a aborda aceste boli. Cu cercetători precum dr. Babita Agrawal de la Universitatea din Alberta la conducere, putem spera să intrăm într-o nouă eră a prevenitorilor și a terapiei care să ne ajute să luptăm împotriva bolilor. Dr. Agrawal și echipa ei investighează noi vaccinuri și imunoterapii pentru gripă, hepatită C, tuberculoză și chiar cancer.

Dr. Yi Sheng - Sistemul Ubiquitin și Proteasome în gestionarea tumorilor și descoperirea medicamentelor

Ubiquitina este o polipeptidă care este marcată pe diferite proteine ​​pentru a semnala o serie de procese biologice. Modificarea sistemului ubiquitin joacă un rol esențial în patogeneza bolilor, inclusiv tulburări autoimune și cancer. Procesul de ubiquitinilare implică o cascadă de enzime, E1, enzima activatoare, E2 (enzime conjugatoare) și E3 (ligase). Caracterizarea procesului de ubiquitinilare a proteinelor cheie care afectează celulele stem, celulele imune și cancerele este vitală pentru identificarea țintelor terapeutice care pot influența progresia afecțiunilor autoimune și a cancerelor. Sistemul de ubiquitină este compromis în majoritatea cazurilor de cancer și este centrul cercetărilor realizate de dr. Yi Sheng de la Universitatea York, Canada.

Dr. Logan M. Lawrence - Procesul de luare a deciziilor informate prin dovezi: Dărâmarea zidurilor dintre cercetători și decidenți

Oricine a lucrat îndeaproape cu guvernul, fie el local, național sau internațional, va cunoaște frustrările încercării de a influența factorii de decizie și politicile. „Artele întunecate” ale analistului politic și ale lobby-ului politic, în special cele care par să reușească să aibă influență, rămân un mister pentru mulți. Dr. Logan M. Lawrence de la Universitatea Dalhousie, Nova Scoția, explorează conceptul de „capacitate politică” pentru a încerca și a înțelege, măsura și operaționaliza cele mai bune abordări pentru a asista și a sprijini factorii de decizie politică în luarea „deciziilor corecte”.