Frumento “gluten-free”, sogno o realtà?

Il frumento e gli alimenti derivati rappresentano una delle principali fonti alimentari a livello globale. Tuttavia, negli ultimi anni è stato registrato un aumento dell’incidenza dei disturbi legati al frumento nella popolazione mondiale. Alcune componenti, principalmente proteine, presenti nella cariosside possono innescare condizioni di salute che influiscono sulla qualità della vita.

Le proteine del frumento

Una cariosside matura di frumento può contenere fino al 20% di proteine. Le principali famiglie di proteine presenti sono le gliadine e le glutenine, che insieme costituiscono il 60-80% delle proteine totali del frumento.

Le glutenine sono composte da glutenine HMW (high molecular weight, ad alto peso molecolare) e LMW (low molecular weight, a basso peso molecolare) in grado di formare una rete proteica per fornire elasticità all’impasto. Le gliadine (α-, γ- e ω-gliadine) contribuiscono alla viscosità dell’impasto.

Gli inibitori dell’amilasi/tripsina (ATI) rappresentano una frazione delle albumine e globuline dell’endosperma del frumento. Comprendono un gruppo di proteine a basso peso molecolare che vanno da 12 a 15 kDa e costituiscono circa il 4% dell’intero proteoma del frumento.

Queste proteine sono note per il loro ruolo nella difesa delle piante, inibendo le amilasi e le proteasi nei parassiti, e inoltre prevengono la degradazione dell’amido in caso di stress idrico.

 

Schema delle principali proteine del frumento (Fonte)

 

Rispetto al glutine, che contiene elevate percentuali di glutammina e prolina, gli ATI hanno una composizione aminoacidica più equilibrata, con percentuali più elevate di lisina e altri aminoacidi essenziali. Di conseguenza, gli ATI compensano parzialmente le carenze di aminoacidi essenziali nelle proteine del glutine e rappresentano un’importante riserva di nutrienti per la crescita delle piante e per la nutrizione umana.

Gli ATI del frumento presentano una struttura tridimensionale compatta che fornisce resistenza contro le proteasi gastrointestinali come pepsina e tripsina, alte temperature e valori di pH estremi.

Reazioni avverse al frumento

Sono dovute principalmente alla frazione proteica della cariosside. In particolare, le proteine del glutine e gli ATI giocano un ruolo importante in diversi disordini clinici definiti nel complesso “Sensibilità al glutine” e che comprendono: la celiachia, la Non-Celiac Gluten Sensitivity e l’allergia al frumento.

Celiachia

La celiachia è una malattia autoimmune dell’intestino permanente, dato che non esiste una guarigione completa. Per cui il malato dovrà sostenere una dieta gluten-free a vita, che fortunatamente permetterà di fare scomparire sia i segni e i sintomi sia il danno a livello intestinale.

Quali sono le cause della celiachia?

Sicuramente gioca un ruolo importante la predisposizione genetica. Si riscontra l’espressione degli alleli HLADQ2 e HLADQ8 nel 95% dei celiaci. Questi alleli codificano per una proteina (MHC) importante per la risposta immunitaria e che permette ad alcune cellule del sistema immunitario (cellule APC) di presentare l’antigene ad altre cellule immunitarie (i linfociti).

Ovviamente, affinché si abbia la patologia, è necessaria l’esposizione al glutine o, più precisamente, a una sua proteina: la gliadina.

Questa proteina, in presenza di un enzima (la transglutaminasi), si legherà al MHC delle cellule APC dei soggetti predisposti, che presenteranno l’antigene ai linfociti T helper e ai linfociti B che, attivandosi, determineranno l’attivazione della risposta immunitaria. I linfociti B produrranno anticorpi anti-gliadina, anti-transglutaminasi e anti-endomisio.

È utile conoscere l’esistenza di questi anticorpi perché lo screening diagnostico si basa proprio sulla ricerca delle IgA anti-transglutaminasi (si usano questi anticorpi perché sono i più specifici per la celiachia).

Quali sono i sintomi della celiachia?

Tra i sintomi più importanti troviamo diarrea, dolore e gonfiore addominale e ritardo nella crescita. Possiamo avere altri sintomi come: dermatite erpetiforme, anemia, alopecia, osteopenia, psoriasi, pericarditi, calcificazioni occipitali con epilessie ecc.

La quantità di glutine ingerita influenza l’entità dai sintomi, ma basta anche una piccola dose di gliadina affinché si verifichi il danno. Le manifestazioni cliniche sono molto variabili in relazione alla penetranza allelica, all’età e alla durata di esposizione.

Nelle forme più gravi, e soprattutto nei pazienti più anziani in cui l’esposizione al glutine è stata più duratura, ci sarà un aumentato rischio di linfoma e di adenocarcinoma. È fondamentale anche la durata e la quantità di esposizione al glutine. Per cui la popolazione nordeuropea (in cui la dieta è essenzialmente fatta da carboidrati) presenterà sintomi molto più gravi e intensi.

Conseguenze della celiachia

La conseguenza principale è caratterizzata dall’atrofia dei villi intestinali. I villi sono delle estroflessioni presenti sulla mucosa che tappezza l’intestino che consentono di aumentare la superficie di assorbimento dell’organo e garantiscono una corretta digestione. Nei soggetti celiaci i villi diventano più piccoli e tozzi, determinando un quadro di malassorbimento che compromette la digestione.

Non-celiac Gluten Sensitivity

È un disturbo di recente introduzione nel vocabolario medico, utilizzato per identificare tutti quei soggetti che presentano i sintomi della malattia celiaca pur non essendone affetti.

Questa condizione clinica risulta addirittura essere 7-8 volte più comune della celiachia e più frequente nel soggetto giovane. Nella maggior parte dei casi è transitoria, quindi sparisce con il passare del tempo, ma è comunque importante introdurre una dieta gluten free.

Per dimostrare che un soggetto è celiaco non basta la presenza dei sintomi. Infatti, si dovrà eseguire una biopsia intestinale che dimostra la presenza dell’atrofia dei villi. Quindi è possibile che un soggetto presenti i sintomi, anche in presenza di biopsia intestinale negativa.

Sembrerebbe un controsenso, molti di voi potrebbero pensare “c’è la celiachia o non c’è?”, ricalcando il ben più famoso “Essere, o non essere, è questo il dilemma”. La cosa strana è che, come possiamo avere soggetti celiaci che non presentano i sintomi, ma che presentano l’atrofia dei villi intestinali, possiamo avere soggetti che hanno i sintomi della celiachia ma non sono definiti celiaci perché non presentano l’atrofia dei villi.

Mentre il vostro cervello fa mente locale sulla precedente affermazione vi mostriamo una bella immagine di villi intestinali normali e atrofici.

 

Villi intestinali normali a confronto con villi intestinali danneggiati dalla celiachia. Fonte.

 

Allergia al frumento

È una reazione allergica alle proteine del frumento. Le differenze con la celiachia risiedono nel tipo di anticorpi coinvolti: nella celiachia sono coinvolti principalmente gli anticorpi (IgA e IgG) anti-transglutaminasi, mentre nell’allergia al frumento sono coinvolti gli anticorpi IgE contro sue specifiche proteine.

Anche i sintomi sono diversi: in questo caso si osservano per lo più disturbi a carico dell’apparato respiratorio (cosiddetta “asma del fornaio”) e sintomi a livello cutaneo.

Frumento gluten free, è possibile?

Attualmente una dieta a base di prodotti gluten free (glutine < 20 ppm) è possibile grazie alla disponibilità di molteplici prodotti che sostituiscono gli analoghi convenzionali.  Tuttavia, le proprietà e le qualità tecnologiche delle farine deglutinate e/o senza glutine le rendono difficili da lavorare per la produzione di specifici alimenti.

Inoltre, c’è un crescente desiderio di prodotti a base di farine di frumento integrali sicure per celiaci e soggetti intolleranti, in quanto il consumo di alimenti integrali contribuisce alla riduzione del rischio di malattie croniche.

Attraverso programmi di breeding e ingegneria metabolica, è possibile sviluppare varietà di frumento più sicure per i consumatori con ulteriore minore impatto sul settore industriale. Inoltre, lo studio della modulazione delle caratteristiche dei fattori coinvolti nei disturbi legati al frumento potrebbe aiutare a definire il loro ruolo specifico in tali patologie.

Tuttavia, la generazione di nuovi genotipi di frumento è un processo lungo che utilizza strategie convenzionali, soprattutto quando si devono prendere di mira famiglie di geni, come nel caso degli ATI.

Due moderni approcci biotecnologici rappresentano strumenti promettenti per la produzione di linee di frumento sicure per i pazienti che presentano sensibilità: l’RNA interference (RNAi) e l’editing mediante CRISPR/Cas9.

 

Modifica e delezione genica mediata da CRISPR/Cas9 rispetto al silenziamento mediato da RNAi dei geni della gliadina in frumento (Fonte)

 

L’RNAi permette di creare un costrutto in grado di interferire con i geni delle gliadine o degli ATI. Il costrutto inserito nel DNA genomico del frumento produce piccoli RNA interferenti (siRNA), che si legano all’RNA messaggero delle proteine. Il complesso di mRNA e siRNA è riconosciuto dal complesso di silenziamento indotto dall’RNA (o complesso RISC), e ne consegue la degradazione dell’mRNA e il silenziamento dell’espressione genica.

Con il CRISPR/Cas9 entrano in gioco degli RNA guida specifici in grado di prendere di mira i geni delle gliadine o degli ATI provocando perdita di frammenti genomici o piccole delezioni interne ai geni. Entrambe le delezioni possono portare a knock-out dell’espressione genica di queste proteine.

I risultati di numerosi studi condotti fanno ben sperare sul futuro della produzione di frumento completamente sicuro per i celiaci, attraverso la combinazione di diversi approcci e l’incrocio tra linee mutanti già selezionate.

 

Articolo scritto con Tommaso Magnifico che ringrazio per il suo contributo

Antonella Cardacino

Biotecnologa agraria, neo dottoranda in Scienze delle produzioni vegetali e animali. Disadattata appassionata di biotech e musica e aspirante divulgratrice per il piacere di far conoscere le meraviglie della scienza con tanta umiltà e una totale mancanza di autostima!

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