Subiecte

O corecție a acestui articol a fost publicată la 25 martie 2015

Acest articol a fost actualizat

În întreaga lume, cercetătorii caută modalități de a scăpa orezul de un tovarăș supărător.

Jumătate din populația lumii mănâncă orez în fiecare zi, ceea ce face din cereale o sursă majoră de nutriție pentru miliarde de oameni. Dar există adesea ceva urât în ​​aceste boabe, alături de vitamine, minerale și carbohidrați. Datorită modului în care este cultivat orezul, acesta poate adăposti arsenic, ceea ce reprezintă o amenințare pentru sănătatea umană 1 .

„Din toată munca pe care am făcut-o de-a lungul anilor, este clar că orezul este sursa dominantă de arsenic anorganic în dieta umană”, spune Andrew Meharg, om de știință în plante și soluri la Universitatea Queen’s din Belfast, Marea Britanie. „Pisica a ieșit din geantă. Acum trebuie să facem ceva în acest sens. ”

orezului

Mărimea riscului pentru sănătate este încă neclară, dar lucrurile nu arată bine. Studiile au legat expunerea cronică la arsenic cu cancerele vezicii urinare, plămânilor, pielii și prostatei, precum și cu bolile de inimă. Pe termen scurt, poate provoca probleme gastro-intestinale, crampe musculare și leziuni pe mâini și picioare.

Riscul de otrăvire cu arsen este cel mai mare pentru persoanele care mănâncă orez de mai multe ori pe zi și pentru sugari, ale căror prime mese solide sunt adesea alimente pentru copii pe bază de orez.

În iulie 2014, Organizația Mondială a Sănătății (OMS) a stabilit orientări la nivel mondial pentru ceea ce consideră a fi niveluri sigure de arsenic în orez, sugerând maximum 200 micrograme pe kilogram pentru orezul alb și 400 μg kg -1 pentru orezul brun.

Situația este deosebit de gravă în Bangladesh, unde orezul este elementul de bază național, iar apa are un conținut ridicat de arsenic. Aici, până la 100 de milioane de oameni suferă de otrăvire acută cu arsen din mai multe surse.

Problema orezului contaminat nu se limitează doar la Asia. Un studiu din 2012 al grupului de advocacy din SUA Consumers Union a găsit, de asemenea, niveluri îngrijorătoare de arsen în orezul vândut în Statele Unite. Unele probe conțineau arsenic la peste două ori limita de siguranță recomandată de OMS. Grupul a sugerat să nu mănânce mai mult de două sau trei porții de orez în fiecare săptămână. Dar consumul de orez mai puțin nu este o opțiune în multe părți ale lumii, unde mâncarea este o parte de neînlocuit a culturii, dietei și stilului de viață (vezi pagina S50).

La prima vedere, problema poate părea de nerezolvat. Fermierii nu au acces la apă fără arsen, iar oamenii trebuie să mănânce orez, chiar dacă este contaminat. Dar oamenii de știință speră că inovațiile în genetică, microbiologie, agricultură și chiar gătit pot rupe ciclul și pot menține arsenicul în afara uneia dintre cele mai importante culturi din lume.

Mai multe nenorociri

O varietate de metale se pot acumula în orez, inclusiv cadmiu, plumb și mercur. Dar arsenicul (strict un metaloid, nu un metal) este cea mai mare problemă, parțial pentru că apare în mod natural la nivel mondial în sol și apă 2. Este deosebit de frecvent în stâncile din Himalaya, de unde Gange și alte râuri mari îl transportă până în câmpiile puternic populate din sudul și sud-estul Asiei. Cea mai mare parte a arsenicului din lume este închisă în compuși minerali subterani, dar mineritul și arderea cărbunelui au eliberat multe tone în mediu (a se vedea „Ciclul global al arsenului”).

Sursa: Adaptat din Ref. 2.

Orezul este un lichid de arsenic deosebit de eficient - ocupă de zece ori mai mult decât alte boabe de cereale - deoarece este singurul bob cultivat în mod tradițional în câmpurile aflate sub apă. Inundațiile fac condițiile solului anaerobe, ceea ce face ca arsenicul să se transforme din forme legate și stabile în altele mai mobile.

În diferite state, arsenicul are o structură chimică similară cu fosfatul și siliciul, permițându-i să se strecoare prin aceleași căi pe care le folosesc plantele pentru a absorbi acești nutrienți importanți. Odată ajuns în interior, arsenicul se încorporează în rădăcini, lăstari, frunze și - deosebit de important pentru sănătatea umană - semințe. Se acumulează cel mai mult în cojoc, învelișul exterior al semințelor care este lăsat intact în orezul brun.

Când orezul este cultivat într-o zonă cu un nivel natural ridicat de arsenic, problema devine mult mai gravă. „Este o nenorocire multiplă”, spune Shannon Pinson, genetician la Centrul Național de Cercetare a Orezului Dale Bumpers din Stuttgart, Arkansas, Departamentul Agriculturii din SUA. "Este în sol și este în apă pe care o pun pe plantele de orez - și este în apă în care gătesc orezul."

Unele tulpini de orez acumulează de 20 de ori mai puțin arsenic decât altele. Acest lucru sugerează că anumite soiuri ar fi putut dezvolta o modalitate de a-i bloca absorbția, oferind speranța că reproducerea ar putea da aceleași puteri altor tulpini.

Pinson și colegii ei au studiat peste 1.700 de tulpini de orez din întreaga lume 3. Au descoperit că unele soiuri din Statele Unite conțineau mult mai puțin arsenic decât alte soiuri de orez cultivate folosind același sol și apă. Chiar mai revelator, când au traversat unele dintre aceste tulpini cu arsenic scăzut cu soiuri cu arsenic ridicat, exact o pătrime din plantele din a doua generație au acumulat scăzut de arsen. Urmând logica geneticii mendeliene simple, această constatare sugerează că o singură genă este implicată în trăsătură. Cu toate acestea, cercetătorii nu au aflat încă ce genă este, cum funcționează sau chiar pe care dintre cei 12 cromozomi ai plantei se poate găsi. Alte studii efectuate în Spania4 și Statele Unite5 au semnalat mai multe gene și regiuni care ar putea fi implicate în acumularea de arsen.

Aceste și alte descoperiri ridică posibilitatea creșterii rezistenței la arsen în tulpini din Bangladesh și din alte locuri în care contaminarea este o problemă majoră. Pinson spune că ideea de a crește orez cu conținut scăzut de arsen este la început, dar „cel mai bun este încă să vină”.

Interferența genetică

O altă modalitate de a preveni acumularea de arsen în orez este blocarea căii sale de la rădăcini la boabe. Până acum, cercetătorii au descoperit cel puțin două tipuri de proteine ​​transportoare care transportă metaloidul în rădăcini, spune Barry Rosen, biolog molecular la Colegiul de Medicină Herbert Wertheim din Florida, Universitatea Internațională din Miami. Dacă oamenii de știință ar putea identifica genele care guvernează acțiunile acestor proteine ​​transportoare, acestea ar putea opri fluxul de arsenic.

„Cunoaștem o parte din genetică, dar cred că există multe gene implicate”, spune Yong-Guan Zhu, biogeochimist la Institutul de Mediu Urban de la Academia Chineză de Științe din Beijing, care a colaborat cu Rosen la mai multe studii. „Explorăm doar vârful aisbergului”.

Oamenii de știință speră că într-o zi vor putea folosi ingineria genetică pentru a interfera cu aceste căi de transport arsenic și există multe idei inteligente despre cum ar putea funcționa acest lucru. Rosen și grupul său, de exemplu, au creat orez transgenic, precum și microorganisme transgenice din sol, care au ambele capacitatea de a transforma arsenicul în gaz cu ajutorul unei enzime suplimentare descoperite inițial în algele care trăiesc în Parcul Național Yellowstone 6. Gazul arsenic nu este un produs secundar ideal, dar Rosen spune că ar fi diluat rapid și în siguranță în aer. Unele tulpini experimentale de orez au eliberat cu succes urme de arsenic în acest mod, dar el spune că acest lucru nu este încă suficient de eficient pentru a fi practic.

Perspectiva ingineriei genetice deschide poarta pentru tot felul de idei mari. „Dacă ați putea proiecta orezul pentru a acumula arsenic în rădăcini și nu-l transferați în frunze și în cele din urmă semințe, ați putea avea un impact major asupra sănătății asupra populației din lume care mănâncă orez și aceasta este o populație imensă”, a spus el. spune Julian Schroeder, biolog molecular al plantelor la Universitatea din California, San Diego. „Cred că este foarte realizabil. Pur și simplu nu a fost încă dovedit. ”

O altă idee este de a viza microorganismele care trăiesc în sol și de a ajuta plantele să acceseze nutrienți. O abordare low-cost ar fi inocularea solurilor cu microbi care fac ca arsenul să fie mai puțin accesibil plantelor, spune Janine Sherrier, biochimist de plante la Universitatea din Delaware din Newark. Sherrier și echipa ei au identificat deja o bacterie candidată, denumită UD1023, care depune un strat de fier în jurul rădăcinilor, încetinind absorbția de arsenic. „Nu există o soluție de aur”, spune ea. „Trebuie să folosești toate instrumentele de care dispui.”

Modul în care este cultivat și prelucrat orezul oferă alte oportunități de intervenție. Este posibil să se cultive cerealele în soluri uscate care sunt umezite numai de ploaie. Această metodă, cunoscută sub denumirea de cultivare a orezului de la suprafață, reduce sarcina de arsenic cu un factor de 30 în comparație cu orezarele tradiționale inundate, spune Pinson. Dar această abordare nu este posibilă în multe zone joase înundate, inclusiv în mare parte din Bangladesh.

Frezarea - îndepărtarea cojii și transformarea orezului brun în alb - îndepărtează, de asemenea, o mare parte din arsenic, care se acumulează în straturile exterioare ale cerealelor. Ca urmare, orezul brun conține de 10 până la 20 de ori mai mult arsenic decât cel alb, dar conține, de asemenea, mulți nutrienți benefici, cum ar fi fibrele și niacina. Orezul brun este popular în Statele Unite și Europa, dar este încă o noutate în Asia. Poate că cele mai ușoare soluții dintre toate stau în bucătărie. În loc să folosiți părți egale apă și orez atunci când gătiți, folosind de trei ori mai multă apă decât cerealele și clătiți înainte și după gătit, puteți reduce cantitatea de arsenic cu până la 30%.

Meharg spune că a dezvoltat un mod de a găti orezul care elimină 80% din arsenicul conținut în boabele de orez. El nu poate dezvălui detalii, deoarece rezultatele nu au fost încă publicate, dar el spune că tehnica este simplă și ar necesita doar o inginerie puțin costisitoare pentru a crea aragazuri specializate care ar fi accesibile chiar și în cele mai sărace regiuni.

Orice lucru care funcționează este un avans binevenit. „Pentru populația chineză, 60% din expunerea la arsenic uman provine din orez”, spune Zhu. „Așadar, dacă putem rezolva problema orezului, putem rezolva mai mult sau mai puțin expunerea la arsenic din alimente. Ar face o mare diferență. ”

Istoricul modificărilor

Referințe

Meharg, A. și colab. Env. Știință. Tehnologie. 43, 1612–1617. (2009)

Zhu, Y. și colab. Annu. Rev. Earth Planet.y Sci. 42, 443–467 (2014).

Castrillo, G. și colab. Celula plantei 25, 2944–2957 (2013).

Norton, G. și colab. Plus unu 9, e89685 (2014).

Meng, X. și colab. New Phyol. 191, 49-56 (2011).