Unterschiede zwischen Weizenmehl und Dinkelmehl – eine wissenschaftliche Studie

Gerne möchten wir Ihnen eine Zusammenfassung des folgenden wissenschaftlichen Artikels «High resolution proteomics reveals differences in spelt and wheat flour proteome that represent targets for wheat sensitivity research» geben, welcher von Muhammad Afzal, Jens Pfannstiel, Julia Zimmermann, Stephan C. Bischoff, Tobias Würschum, C. Friedrich H. Longin auf der Website www.nature.com/scientificreports veröffentlicht wurde. Im Artikel werden die Proteine des Dinkels mit denen des Weizenmehls verglichen, um zu verstehen, warum das eine mehr allergische Reaktionen oder Unverträglichkeiten hervorruft als das andere.

Da es sich um einen Text mit vielen technischen Einzelheiten handelt, halten wir es für notwendig, einige Begriffe wie Proteomik im Voraus zu klären, um das Verständnis der Studie und der Techniken, die die Forscher für die Ergebnisse verwendet haben, zu erleichtern.

Die «Omik» sind relativ junge Wissenschaften, die unterstützt durch sehr relevante technologische Fortschritte, die Untersuchung einer grossen Anzahl von Molekülen ermöglichen, die an der Funktionsweise eines Organismus beteiligt sind, als Beispiel Genomik, Metagenomik, Proteomik, Metabolomik und andere.Die Genomik ist mit dem Genom verbunden, in dem wir die genetische Information finden, die wir von unseren Eltern erben. Die Metagenomik untersucht das genetische Material, das direkt aus Umweltproben gewonnen wird. Es ist sehr nützlich bei der Untersuchung der Muttermasse der Kultur. Die Proteomik ist die gross angelegte Untersuchung von Proteinen, insbesondere ihrer Struktur und Funktion. Metabolomik ist die wissenschaftliche Untersuchung chemischer Prozesse, bei denen Metaboliten beteiligt sind. Es ist auch sehr nützlich bei der Untersuchung von Brot nach dem Backen.

Das Genom wird von der Desoxyribonukleinsäure (DNA) gebildet, die sich im Kern der Zellen unseres Körpers befindet. So wie die Genomik die Genketten untersucht, um ihre Proteine zu finden, so hat der technologische Fortschritt in den letzten Jahrzehnten die gross angelegte Untersuchung vieler Gene, Proteine und Metaboliten ermöglicht, wodurch die oben genannten Omiks und weitere Omiks entstehen konnten. Jeder dieser Bereiche hat dazu beigetragen, die Ursache bestimmter Krankheiten besser zu verstehen. Darüber hinaus kann die Anwendung des Wissens über Omiks in der Klinik dazu genutzt werden, eine frühere Diagnose zu stellen oder die Entwicklung einer Krankheit zu verhindern. Mehr zu diesem Thema können Sie hier lesen http://revista.unam.mx/vol.18/num7/art54/index.html

Abgesehen davon und um auf den Artikel zurückzukommen, wissen wir, dass «der Verzehr von Produkten aus Brotweizen (Triticum aestivum ssp. Aestivum) verschiedene Krankheiten beim Menschen auslösen kann, wie Zöliakie (CD), allergische Reaktionen und Empfindlichkeit gegenüber Nicht-Zöliakie-Weizen (NCWS), die bis zu 10% der menschlichen Bevölkerung betreffen können».

Zitat aus der Studie

Dinkel (Triticum aestivum ssp. Spelta) ist eine Weizenart, die als eine andere Unterart des Brotweizens definiert ist. Sowohl Dinkel als auch Brotweizen sind Hexaploide, die das Genom AABBDD haben. Trotz dieser Ähnlichkeiten sahen sich Müller/innen und Bäcker/innen, die Dinkel- und Brotweizenprodukte verkauften, mit Verbrauchern konfrontiert, die behaupteten, gesundheitliche Probleme zu haben. Diese reichten von Symptomen wie Blähungen bis hin zu Krankheiten wie Neurodermitis – jedoch nur wenn sie Brotweizen, nicht aber Dinkelprodukte verzehrt haben.

Die möglichen Unterschiede in den Proteomen des Dinkels und des Mehls von Brotweizen wurden untersucht, um die Ursachen und Unterschiede dafür herauszufinden. Zu diesem Zweck wurden 15 repräsentative Sorten der Dinkel- und Brotweizenproduktion in Deutschland verwendet, die an drei verschiedenen Teststandorten angebaut wurden und deren Mehlproteom mit der Nano LC-ESI-MS / MS-Technik analysiert wurde.

Die Ziele dieser Forschung waren (1) zu untersuchen, ob Dinkel- und Brotweizenmehl verschiedene Proteine enthalten, die zusätzliche Ziele für die NCWS-Forschung sein könnten; (2) die Variation zwischen und innerhalb der Arten zu vergleichen; und (3) den Einfluss der Umwelt gegenüber der Genetik auf die Proteinexpression herauszuarbeiten, um mögliche Konsequenzen für die zukünftige Weizenlieferkette sowie für die menschliche und tierische Ernährung zu diskutieren. 

Ergebnisse der Studie 

Die Studie stellt fest, dass Dinkel und Brotweizen zur selben Art gehören, aber unterschiedliche Unterarten sind. Um Dinkel und Brotweizen zu vergleichen, wird ein Dendrogramm mit hierarchischen Gruppierungen der 15 Dinkelsorten und 15 Brotweizen auf der Grundlage aller Proteine erstellt, die in mindestens einer Sorte umweltbeständig exprimiert wurden.

Insgesamt werden 3050 Proteine in Dinkel und 2770 Proteine in Brotweizen nachgewiesen. Dies scheint die grösste Zahl zu sein, die jemals für Spelta gemeldet wurde. Interessanterweise wurden in Dinkelproben sogar noch mehr Proteine identifiziert als in Brotweizenproben, obwohl die Weizenreferenzproteinsequenz auch für Dinkel verwendet werden musste, da es offenbar keine andere veröffentlichte Referenz in dieser Hinsicht gab.

Von der Gesamtzahl der identifizierten Proteine wurden in einer Teilmenge der Feldstandorte nur 1555 Proteine in Dinkel und 1166 in Brotweizen nachgewiesen. Die Studie zeigt, dass es aufgrund der spezifischen Umweltbedingungen an den Anbauorten nicht möglich ist, einen spezifischen Trend zu erkennen, der beispielsweise zeigt, dass die meisten Proteine an einem Ort und in geringerer Menge an einem anderen Ort exprimiert wurden.

Aus diesem Grund konzentrierte sich die Forschung auf diese Proteine, die an allen Prüfungsorten in mindestens einer Art jeder Sorte konsistent ausgeprägt waren.

Die Rede ist von 1495 Proteinen in Dinkel beziehungsweise 1604 Proteinen in Brotweizen. Bei diesen Proteinen wurde ein grosser Einfluss der Umwelt auf ihr Expressionsniveau beobachtet. Die Vererbbarkeit ist ein Merkmal, das die Expressionshöhe eines Proteins bestimmt und durch genetische und Umweltfaktoren beeinflusst werden kann.

Diese Befunde stimmen mit den Daten über den Rohproteingehalt von Weizenkörnern überein, der klassischerweise nach dem Dumas-Verbrennungsprinzip bestimmt wird (ICC-Standardmethode 167, ICC, Wien, Österreich). Dieser Rohproteingehalt des Korns wird stark von den Umweltbedingungen beeinflusst, einschliesslich der Menge und Art der Stickstoffdüngung, den klimatischen Bedingungen und den Bodentypen, die die Verfügbarkeit von Nährstoffen für die Pflanze beeinflussen.

Die Schlussfolgerungen der Studie zeigen deutlich, dass die Expression vieler Proteine in erster Linie durch die Umweltbedingungen beeinflusst wurde, unter denen die Proteine angebaut wurden. In Anbetracht der variablen klimatischen Bedingungen in der Getreideproduktion können nur Proteine, die weitgehend unabhängig von Umwelteinflüssen sind und stattdessen hauptsächlich durch die Genetik des Getreides gesteuert werden, entlang der Weizenlieferkette wirksam manipuliert werden. Unter mehreren tausend Proteinen wurden mehrere hundert dieser Proteine in Dinkel und Brotweizen identifiziert.

Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass sich etwa ein Drittel der nachgewiesenen Proteine zwischen Dinkel und Brotweizen unterschieden. Indem sich die Studie nur auf Proteine mit hoher Heritabilität konzentrierte, wurde zudem eine Liste interessanter Kandidatenproteine für zukünftige Forschungen zur Weizenempfindlichkeit vorgelegt.