Альцгеймер и Паркинсон: как в борьбе с болезнями может помочь фиолетовая пшеница

Журнал The Lancet Public Health привёл тревожную статистику. Международная группа учёных (в их число вошли эксперты из МФТИ) полагает, что к 2050 году каждый четвёртый человек старше 80 лет будет страдать от деменции. В 2019-м больных этим недугом было 57,4 млн, а к 2050 их станет 152,8 млн. В России число заболевших возрастёт на 107 процентов. 

Наиболее частой причиной деменции в пожилом возрасте являются болезнь Альцгеймера (60–70 процентов всех случаев) и болезнь Паркинсона. Заболевания неизлечимы, однако эксперты пытаются найти подходы, помогающие в решении этой проблемы. 

Так, учёные ФИЦ "Институт цитологии и генетики СО РАН" совместно с коллегами из Всероссийского института растениеводства имени Вавилова (ВИР) много лет работают над созданием сортов зерновых культур с повышенным содержанием антоцианов*. Metro поговорило со старшим научным сотрудником ФИЦ "Институт цитологии и генетики СО РАН" Олесей Шоевой, которая рассказала, как нейродегенеративные болезни** прививают мышам для исследований по теме и чем так называемая фиолетовая пшеница может помочь в борьбе с болезнями Паркинсона и Альцгеймера. 

–  Антоцианы именно в пшенице – в чём преимущество?

– Зерно с антоцианами сегодня является очень привлекательным сырьём для создания функциональных продуктов питания, поскольку оно входит в ежедневный рацион большинства людей, лучше хранится и доступно в течение всего года, в отличие от сезонных ягод и фруктов.

– Как удалось получить фиолетовую пшеницу, кто её прародитель? Она именно фиолетовая?

– Ещё в XIX веке учёным удалось обнаружить в горных районах Эфиопии разновидность тетраплоидной (твёрдой) пшеницы*** с необычным красно-фиолетовым цветом колосьев. Такая окраска возникла благодаря накоплению антоцианов в оболочке зерна. В ходе различных экспедиций образцы этой пшеницы появились в ряде генетических коллекций, в том числе в знаменитой коллекции Всероссийского института растениеводства имени Вавилова. 

Уже в наше время, когда о пользе антоцианов стало известно достаточно много, возник проект создания сортов мягкой пшеницы, которая пойдёт на выпечку хлеба. 

– Как удалось добиться повышения антоцианов в пшенице, насколько их больше в сравнении с обычной?

– В обычной пшенице антоцианы вообще не содержатся, так что в этом отношении преимущество у любой разновидности пшеницы, способной синтезировать в зерне данные вещества. Но, поскольку в качестве доноров признака взяли сорта, созданные для корма скота, так называемое фуражное зерно, целью селекционной работы было передать окраску сортам пшеницы высокого класса, пригодным для производства муки, хлеба и других пищевых продуктов. 

Первые этапы при помощи классической селекции проводились в ИЦиГ СО РАН ещё в 1980–1990-е годы под руководством О. И. Майстренко. В итоге появились доноры окраски на основе сорта "Саратовская 29". Сейчас этот сорт не возделывается из-за высокой чувствительности к ржавчинным болезням. 

Так возникла задача – используя "цветные" линии, на основе "Саратовской 29" разработать метод, как быстро передать это ценное свойство современным элитным сортам яровой мягкой пшеницы. 

Для ускорения процесса оказалось полезным использование ДНК-маркеров. 

– Насколько фиолетовая пшеница капризна, есть ли сложности в её культивировании в сравнении с обычной?

– Никаких специфических сложностей в её выращивании нами не выявлено.

– В каком виде предполагается употребление пшеницы? Не будет ли она терять свои свойства при термической обработке?

– Если говорить о питании человека, то, конечно, речь идёт о привычных нам хлебопродуктах. Да, при термической обработке небольшая часть антоцианов распадается, но часть остаётся и усваивается организмом. Я хочу напомнить, что речь не идёт о том, что хлеб из антоциановой муки станет основным элементом профилактики и лечения нейродегенеративных заболеваний**. Поскольку такие болезни запускают одновременно различные патологические процессы, одним из перспективных подходов считается многокомпонентная стратегия лечения, которая начинается на бессимптомных доклинических и ранних стадиях болезни. Функциональное питание (или диетическая терапия) является лишь одной из её составляющих, которая способствует предупреждению и снижению риска развития хронических заболеваний человека.

– Возвращаясь к вашему исследованию. Насколько сложно было вызывать у мышей болезни Паркинсона и Альцгеймера? Как в целом проходил эксперимент?

– Конечно, обычные мыши человеческими болезнями не страдают. Поэтому в лабораториях создают специальные линии мышей и крыс, в чью ДНК внедрены определённые гены, вызывающие у них патологии, схожие с такими заболеваниями. В частности, мы в своём проекте Российского научного фонда использовали мышей, которые являются лабораторной моделью болезни Паркинсона. Для имитации болезни Альцгеймера мы пошли другим путём – мышам вводили специальные пептиды (молекулы, состоящие из нескольких аминокислот), которые вызывали у них такие же нейродегенеративные процессы, как и при болезни Альцгеймера. Животных поделили на две группы – одних кормили зерном обычной пшеницы, других – с повышенным содержанием антоциана. Была ещё третья группа – контрольная, состоящая из обычных мышей, получавших стандартный корм.

– Как именно отражалась зерновая высокоантоциановая диета на мышах? 

– Зерновая диета в обеих группах привела к некоторому снижению веса, не выходящему за пределы нормы, и положительному влиянию на баланс холестерина в организме, но нас больше интересовало влияние на когнитивные способности. Была организована серия поведенческих экспериментов, сделан анализ биохимических показателей в мозге мышей. И вот тут преимущества антоциановой пшеницы оказались очевидны. 

В частности, у животных на антоциановой диете было замечено улучшение так называемой рабочей пространственной памяти (которая одной из первых страдает в ходе развития болезни), тормозилось снижение способности к обучению, улучшались некоторые биохимические процессы в мозге (активировались процессы восстановления нейронов). 

– Каким видится прогноз по эксперименту? В чём преимущество высокоантоциановой диеты в профилактике болезней Альцгеймера и Паркинсона?

– Для таких прогнозов необходимы дополнительные исследования, уже не на модельных животных. Мы своим исследованием доказали, чему способствуют антоцианы. И поэтому продукты из пшеницы с содержанием антоциана могут рассматриваться как значимая компонента функционального питания. 

Когда сорта пшеницы с антоцианами выйдут на производственные поля и станут использоваться для создания продуктов питания, тогда наступит время совместных исследований с диетологами. Они и позволят рассчитать оптимальную суточную дозу, наилучшее сочетание с другими продуктами и т. д. 

Ну а мы сейчас, не теряя времени, продолжаем генетические исследования, которые помогут сократить время получения сортов злаков с антоцианами не вдвое, как сейчас, а в 4 раза. 

––––––––––––––––––––––––––––––––––––

*Антоцианы – водорастворимые растительные пигменты, принадлежащие к группе полифенольных соединений флавоноидов, встречающихся в природе во фруктах, овощах и семенах самых разных растений, включая зерновые культуры.

**Нейродегенеративные заболевания – группа в основном медленно прогрессирующих, наследственных или приобретённых заболеваний нервной системы. Общим для этих заболеваний является прогрессирующая гибель нервных клеток (нейродегенерация), ведущая к различным неврологическим симптомам – прежде всего к деменции и нарушению двигательной активности.

***Тетраплоидная пшеница – пшеница, чей геном состоит из 28 хромосом, в эту группу входят полба и твёрдые сорта пшеницы, которые используются для производства макаронных изделий и т. д. Хлебобулочные изделия обычно выпекают из мягкой (гексаплоидной) пшеницы, у которой геном состоит из 42 хромосом.