Излезе новият брой 86 на сп. "Българска Наука", в който е поместена и една статия на Наука ОFFNews - "Любов срещу подарък". За вас подбрахме статията на д-р Деница Теофанова, главен асистент към Катедра „Биохимия“, Биологически факултет на СУ „Св. Климент Охридски“, победител в националните стипендии „за жените в науката” 2015. Публикацията й в списанието разказа за проекта: "Древните житни култури – генетичен ресурс за устойчиво земеделие и подобрено качество на живот"
Древните житни култури, защо и дали да изберем тях?
Около 17 вида растения осигуряват 90% от световната консумация на храни, от които на зърнените храни се пада висок процент. Житните култури заемат централно място в съвременното земеделие и осигуряват по-голяма част от производството на храна и фуражи. В световен мащаб царевицата, оризът, пшеницата и ечемикът са водещи в селскостопанското производство, следвани от сравнително по-малко застъпените ръж, овес и тритикале. Понастоящем двете основни разновидности на промишлено произвежданата пшеница са зимна (Triticum aestivum) и твърда пшеница (Triticum durum). По-специално зимната пшеница е на първо място от топ 30 на хранителните култури. Три зърнени култури: пшеница, царевица и ориз заедно съставляват най-малко 75% от производството на зърно в света. Еднозърнестият лимец (Triticum monococcum), спелтата (Triticum spelta) и камута (Triticum turanicum) са от първите форми пшеница култивирани преди около 11 000 години от древните селскостопански общности в региона на Плодородния полумесец. Те са три от така наречените неолитни основополагащи култури в развитието на селското стопанство. Били са използвани като основна растителна храна още от неолита, но покъсно биват изместени от културната пшеница. Тези древни житни култури първоначално генетично възникват в област от югоизточна Турция, като се смята, че успоредна селекция се е извършвала и на Балканския полуостров.
Лимецът е открит в два археологически обекта в южната част на Турция. Останки от него са били открити със замръзналата мумия Йоци. Еднозърнестият лимец е с ниска продуктивност, но може да оцелее на бедни и сухи почви, където други сортове пшеница не могат. Ядял се е предимно под формата на сварено зърно или в каша. На брашното му липсват повечето характеристики, необходими за производство на хляб. Счита се за питателен защото има по-високи количества мазнини, фосфор, калий и бета-каротен. В контраст с културната пшеница, доказателства сочат,че белтъка глиадин от лимец не може да бъде толкова токсичен за страдащите от целиакия (глутенова непоносимост). Той често се препоръчва при безглутенова диета. Въпреки, че спелтата първоначално е била отглеждана в Иран преди около 5000-6000 г., тя се отглежда в Европа от около 300 години, а в Северна Америка само от около 100 години. Този далечен братовчед на пшеницата е по-лесен за храносмилане и се смята по-подходящ за хора с чувствителност към пшеница. Спелтата съдържа по-голямо разнообразие от хранителни вещества, отколкото пшеницата, включително фолиева киселина, магнезий и селен. Източник е на фибри и е с орехов вкус. Подходяща е за печене и може да се открие в най-различни продукти, включително хляб, макаронени изделия и бисквити.
Смята се, че камута произхожда още от времето на Тутанкамон. Това е нехибридизирана зърнена култура, която съдържа до 65% повече аминокиселини. Той притежава също и по-високо съдържание на липиди и протеини. Има и голямо количество селен, придавайки силни антиоксидантни свойства, които подпомагат имунната защита. Камутът има естествена сладост, което го прави чудесен за печене. Съвременните тенденции за подобрено качество на живот и здравословно хранене се основават на повторното въвеждане на тези древни зърнени храни в диетата, поради тяхното високо съдържание на витамини, протеини, минерали, мазнини и масла, поголяма част от които се запазват при хранене, в контраст с ниско съдържание на глутен и високо съотношение на протеин към скорбяла. Новите направления в диетиката са: слоу фууд, органик и палео диетата, или преведено, балансирано хранене с качествени продукти, с екологично отношение (без употреба на пестициди) към собствения организъм и околната среда, което в някои крайни варианти се фокусира върху храни, присъствали в менюто на първите цивилизовани хора, или постигане на съвършено здравословен живот чрез хранене. За съжаление тази тенденция, прерастваща в мания се базира на недоказани и научно слабо обосновани твърдения, както и редица заблуждения. Твърди се, че древния човек не е боледувал от съвременни бичове като рак, което далеч не е вярно. В страни от вниманието остава и открития въпрос как отглеждането на древни, ниско-продуктивни сортове и видове би могло да задоволи нуждите на постоянно увеличаващото се население и дали органик-земеделието всъщност не нанася по-големи екологични щети поради необходимостта от по-големи площи, по-големите загуби и по-интензивното използване на дефицитни ресурси като поливна вода.
Макар пшеницата да е предпочитана култура в умерените географски ширини, масовото производство и консумация на тази култура се сблъсква с редица проблеми. От една страна високото съдържание на глутен и сравнително ниското отношение на съдържанието на белтък към скорбяла се смятат за основна причина за наднорменото тегло в развитите държави и появата на все по-остри форми на хранителни алергии. От друга страна въпреки сравнително добрата си студоустойчивост, пшеницата е чувствителна към други типове абиотичен стрес като например засоляване на почвите и засушаване, което води до значителни загуби в добивите при неблагоприятни условия. Освен очевидните положителни ефекти върху качеството на храната, тези предшественици на пшеницата вероятно крият и по-богат генетичен пул, свързан с по-висока устойчивост към абиотичен стрес и по-малки загуби за икономиката и селското стопанство, и следователно по-устойчиво земеделско призводство и оползотворяване на обработваеми земи с променен почвен баланс.
Проектът, финансиран от стипендията „За жените в науката“, подкрепена от L’Oreal, UNESCО и СУ „св. Климент Охридски”.
Всичко посочено до тук дава основата на едно научно-изследователско хрумване, което не само ще е в унисон със съвременните тенденции в здравословното хранене за обогатяване на диетите с пълнозърнести храни, но и ще предостави възможност да се изследва генетичното разнообразие, еволюция и абиотичната устойчивост на набиращите популярност в световен мащаб древни житни култури, което са и неговите основни цели.
Настоящият проект и произтичащото от него научно направление цели да постави основите на едно системно, целенасочено и научно-обосновано изследване на тези древни култури, което от една страна да утвърди предимствата им пред съвременните сортове културна пшеница, да осъществи мониторинг върху пазарното им присъствие в България (какво купуваме и какво претендират, че ни продават), дали култивирането на тези растения в определен тип абиотична среда е поефективно и каква е археологичната история на култивирането им по нашите земи.“ Благодарение на стипендията „За жените в науката“, подкрепена от L’Oreal, UNESCО и СУ „св. Климент Охридски”, то ще има възможността да бъде реализирано. Стипендията ще подпомогне не само експерименталното осъществяване на целите на проекта, но и представянето и разпространяването на резултатите под формата на публикационна дейност, участия в различни научни форуми, както и за подготовката на дипломни разработки на студентите.
За изпълнението на поставената цел проекта условно е разделен на три части, конкуриращи се помежду си по значение и интерес за хората, научна стойност и ползи за обществото, земеделието и икономиката.
Първата е свързана с установяване на хранителните качества на зърното от древните житни култури, белтъчно съдържание и съдържанието на глутен, както и процентното съдържание на незаменими аминокиселини. От огромно важност също е и да се определи повлияват ли се тези качества, как и до колко при производсвото на хляб и хлебни изделия, както и дали се усвояват полезните им вещества от организма и има ли допълнителни предпоставки за алергични реакции при тяхната консумация. Използват се наличните в българската пазарна мрежа зърно и брашна от културна пшеница и нейните древни прародители. Това ще даде възможност на хората да направят своя избор на житни, участващи в диетата им, обосновано и със сигурност по-лесно, преценявайки своите нужди.
Втората част е с по-голямо значение за икономиката и селскостопанската продукция. Тя включва анализ на абиотичната толерантност и антиоксидантната активност на лимец, спелта и камут в сравнение с културните разновидности пшеница, с оглед оценка на трите древни култури като генетичен пул за стресова устойчивост и възможност да бъдат използвани в маркер асистирана селекция на нови, толерантни разновидности за директно засяване върху почви с видоизменени характеристики, за устойчиво земеделие и биоремедиация. В тази част ще бъдат установени молекулни маркери за стресова устойчивост с цел използването им в селекцията на житните култури, оползотворяване и биоремедиация на засолени и засушени обработваеми площи. Иначе казано – какво да си посадим, за да се справи по-добре то, ако се окаже, че тази година е суха или ще успее ли да преодолее завишените количества соли в почвата и да подържа растежа и развитието си в неблагоприятна среда. Не по-малък е и проблема с огромните темпове на увеличаване на човешката популация и дали ако засеем древни житни култури, добива който ще дадат те, ще е достатъчен, за да балансира и задоволи тези нарастващи нужди.
Третата част е по-скоро с чисто фундаментално научно значение и е предназначена за онези изследователи, които имат интерес към еволюцията, произхода и биоразнообразието на видовете. В нея ще бъде извършен сравнителен генетичен анализ на разновидностите, които се произвеждат в България, ще се разкрият биоразнообразието и филогенетичните им връзки със съвременната културна пшеница. Ще бъдат натрупани данни за установяване на еволюционния произход, развитието и взаимоотношенията на изследваните житни култури. С помощта на археоботаниката ще се валидира метод за изолиране на ДНК от зърно от археологически находки с оглед провеждане на задълбочен анализ на възникването и еволюционното развитие на лимеца, спелтата и камута от неолита до съвремието.
Дейностите до момента и какво установихме
Изследванията до момента представляват пилотен сравнителен анализ на белтъците на пшеница и нейните предци в търговски достъпни брашна в България. Беше интегриран и валидиран метод за изолиране и разтваряне на белтъци от брашно от зърнени култури. Резултатите (на четирите снимки долу) разкриха съществено разнообразие в белтъчните профили. Специално внимание беше обърнато на белтъците, съставящи глутена (глиадините и глутенините), които именно са онези, които биха могли да доведат до алергии и глутен-свързани заболявания. Данните от изследванията показазаха най-високо белтъчно съдържание в културната пшеница и камута, а най-ниско – при лимеца. И четирите изследвани житни култури притежават богат състав на глиадини и глутенини, като пшеницата и спелтата показват най-голяма близост на протеиновите профили, а камута – доста различаващ се такъв (с найниска ω-глиадинова честота и специфичност на фракциите на нискомолекулните глутенини).
Освен експерименталното изпълнение, с подкрепата на спечелената стипендия към програмата „За жените в науката“, тези данни бяха и представени на един национален научен форум (постерът е показан в ляво), което е от огромно значение, не само за популяризирането на тематиката, но и за разпространението на получените данни, както сред научната общност, така и сред обществото.
В лабораторни условия бяха приготвени и хлябове от съответните житни култури. Както и беше очаквано, се наблодаваше намалено (около четири пъти) белтъчно съдържание след изпичането.
Беше проведено и in vitro смилане чрез наподобяване на условията в човешкия организъм след хранене. Целта беше да се установи, кои от тези култури се усвояват по-добре и при кои се наблюдават прекалено много и несмлени белтъци, които са предпоставка за евентуални алергични реакции.
Какво предстои и какви са предизвикателствата.
Последният етап на първата част от проекта включва анализа на процентното съдържание на незаменими аминокиселини в зърното чрез масспектрално определяне на аминокиселинен състав чрез газ хроматография (GC-MS). След приключването на тази част ще бъде подготвена научна публикация и ще има изработена една дипломна работа на студент по темата. Финансирането на последния посочен анализ и разходите при публикуването отново са за сметка спечелената стипендия с подкрепата на L’Oreal, UNESCО и СУ „св. Климент Охридски” Стартирала е вече и работата по втората част на проекта, макар и да е в още начален етап. Смелите очаквания в тази част включват установяването на стресовата толератност на трите древни житни култури в сравнение с културна пшеница при високи концентрации на сол. Също ще бъдат разработени маркери характерни за съответните култури и отразяващи тяхната устойчивост на стрес с оглед използването им в маркер асистирана селекция при житните култури, които да покажат капацитета им на издръжливост при засяването им на засолени и засушени обработваеми площи. Ще бъде проверена и продуктивността на тези житни, поставени в неблагоприятни условия, което да бъде в помощ за по-устойчива и по-голяма земеделска продукция.
Реализирането на настоящия проект изцяло с помощта на стипендията от програмата „За жените в науката“, подкрепена от L’Oreal, UNESCО и СУ „св. Климент Охридски” ще постави основите на редица колаборации с множество интердисциплинарни екипи, включващи молекулярни биолози, биохимици, палеоботаници и др. Освен това ще провокира интереса и ще способства включването и активното участие на студентите в изпълнението му, с надеждата да предизвика и разпали в тях страстта на бъдещите млади учени. На получените в него данни ще бъде дадена гласност, дори в международните научни среди, благодарение на представянето им в редица научни форуми и публикуването им в научни трудове. Резултатите от проекта е възможно да залегнат в основата на по-мащабен и мултидисциплинарен проект с участието на множество специалисти, млади учени и жени в науката.
Използвана литература 1. Abbo S, Gopher A, Peleg Z, Saranga Y, Fahima T, Salamini F, LevYadun S. (2006). The ripples of “The Big (agricultural) Bang”: The spread of early wheat cultivation. Genome. 49:861-863. 2. Chakraborty, K., & Khan, K. (1988). Biochemical and breadmaking properties of wheat protein components. I. Compositional differences revealed through quantitation and polyacrylamide gel electrophoresis of protein fractions from various isolation procedures. Cereal Chem, 65(4), 333-340. ww3. Cordain L. (1999) Cereal grains: humanity‘s double-edged sword. in: A.P Simopoulos (Ed.), Evolutionary aspects of nutrition and health. Diet, exercise, genetics and chronic disease. World Rev Nutr Diet, vol. 84Karger, Basel (1999), pp. 19–73. 4. Desheva, G., Uhr, Z., Valchinova, E., & Uzundzhalieva, K. (2014). Conservation and utilization of wild species of genus Тriticum from the National Genebank of Bulgaria. Trakia Journal of Sciences, 12(1), 95. 5. Escarnot, E., Jacquemin, J. M., Agneessens, R., & Paquot, M. (2012). Comparative study of the content and profiles of macronutrients in spelt and wheat, a review. Biotechnologie, Agronomie, Société et Environnement, 16(2), 243. 6. Gomez-Becerra, H. F., Erdem, H., Yazici, A., Tutus, Y., Torun, B., Ozturk, L., & Cakmak, I. (2010). Grain concentrations of protein and mineral nutrients in a large collection of spelt wheat grown under different environments. Journal of Cereal Science, 52(3), 342-349. 7. Goncharov, N. P., Golovnina, K. A., Kilian, B., Glushkov, S., Blinov, A., & Shumny, V. K. (2008). Evolutionary history of wheats—the main cereal of mankind. In Biosphere origin and evolution (pp. 407-419). Springer US. 8. Kilian, B., Özkan, H., Pozzi, C., & Salamini, F. (2009). Domestication of the Triticeae in the Fertile Crescent. In Genetics and Genomics of the Triticeae (pp. 81-119). Springer US. 9. Mills, C. E. N., Marsh, J. T., Boyle, R., Hoffmann-Sommergruber, K., Dupont, D., Bartra, J. & Shewry, P. R. (2013). Literature review:‘in vitro digestibility tests for allergenicity assessment’. EFSA supporting publication, 2013.
Страница на статията : 0102
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари