Cruciferele biofortificate cu seleniu, în luptă cu cancerul

În ediția anterioară vă prezentam inițiativa oamenilor de știință români care au dezvoltat un proiect de cercetare ce are la bază obținerea unor alimente funcționale. Practic, vorbim de o tehnologie de biofortifiere protectivă cu seleniu a culturilor de crucifere (varza și conopida) pentru producerea unor alimente cu un conţinut sigur şi constant de compuşi chemopreventivi (SAFE-SEL).

Institutul Naţional de Cercetare – Dezvoltare pentru Ştiinţe Biologice (INCDSB), împreună cu SC Tesospec SRL (Fundulea, judeţul Călăraşi), SC ECO FRUCT SRL (comuna Ştefan cel Mare, judeţul Călăraşi) şi cu Universitatea Spiru Haret desfăşoară proiectul de cercetare SAFE-SEL, finanţat prin programul naţional PN-II-PT-PCCA-2013 de către UEFISCDI.

Proiectul are ca scop dezvoltarea unei tehnologii de obţinere a unor alimente funcţionale sigure, cu un conţinut optim de compuşi chemopreventivi, prin biofortifierea protectivă cu seleniu a unor culturi de plante crucifere (varza și conopida). Compuşii chemopreventivi au un efect potenţial protector faţă de unele forme de cancer.

Seleniul este la limita deficitului în solurile din România. Comparativ cu valoarea considerată pe plan mondial ca fiind neafectată de deficite sau excese, conţinutul de seleniu este mai redus cu: 30% în Depresiunea Făgăraş, 40% în Câmpia Română şi 63% în Dobrogea. Nivelul redus al seleniului din sol determină un aport redus al seleniului în alimentaţie, indicând necesitatea suplimentării pentru atingerea nivelului optim al acestui microelement, benefic pentru reducerea riscului bolilor cronice. Aportul de seleniu este necesar în alimentația omului, acest microelement având un efect antioxidant și anticancerigen. Studiile efectuate au arătat că, prin consumul dozei zilnice recomandate de seleniu (care este de 55 micrograme), pot fi prevenite unele forme de cancer (de sân, pulmonar, esofagian, gastric, de prostată), bolile cardiovasculare, deficiențe ale sistemului imunitar, disfuncțiile glandei tiroide. Biofortifierea lanţului alimentar prin tratamente aplicate plantelor (biofortifierea agronomică) prezintă avantajul unei suplimentări cu nivele controlate de seleno-compuşi cu o biodisponibilitate ridicată, larg accesibilă diferitelor categorii de populaţie expusă riscurilor de boli cronice, inclusiv a celor cu venituri reduse. În plus, biofortifierea agronomică cu seleniu permite valorificarea acţiunii protective şi stimulative a seleniului pentru plante. Studiile din ultimii 15 ani au dovedit că seleniul, deşi nu este recunoscut ca un micro-element esenţial pentru plante, le stimulează creşterea şi are rol în protecţia acestora faţă de atacul insectelor şi al agenţilor fitopatogeni, stresul oxidativ şi stresul hidric. Tratamentul plantelor cu seleniu are şi un efect de ameliorare a rezistenţei plantelor la secetă, în care stresul hidric este combinat cu cel oxidativ.

O tehnologie de biofortifiere protectivă cu seleniu a culturilor agricole (de crucifere) pentru producerea unor alimente funcţionale cu un conţinut sigur şi constant de seleno-compuşi chemopreventivi are deci o dublă relevanţă practică, de sănătate publică (suplimentarea lanţului alimentar cu nivele sigure de seleniu) şi agronomică (creşterea eficienţei culturilor prin protecţia lor faţă de stresurile biotice şi abiotice şi limitarea efectelor produse de secetă).

La nivel mondial, cruciferele, şi în special broccoli, alături de cereale, sunt principalele plante de cultură pentru care s-au aplicat tratamente de biofortifiere cu seleniu. În cadrul proiectului aceste tratamente s-au aplicat pe alte plante crucifere – varza şi conopida, pentru cultivarea cărora există un interes mai crescut atât din partea legumicultorilor cât şi din partea consumatorilor. Consumul de crucifere a crescut pe plan mondial în ultimul timp, inclusiv datorită promovării lor ca alimente sănătoase. Efectele benefice asupra sănătăţii oamenilor sunt determinate de conţinutul cruciferelor în vitamine şi în nutrienţi minerali cu biodisponibilitate ridicată, inclusiv seleniu, dar mai ales în compuşi sulfuraţi, în special glucozinolaţi (GLS), care sunt principalii compuşi chemopreventivi din aceste plante.

Nu au fost dezvoltate până în prezent tehnologii de biofortifiere cu seleniu, care să includă şi alte inputuri cu efecte complementare / sinergice, prin care să se valorifice în scop agronomic efectele protective ale seleniului pentru plante. Astfel de tehnologii sunt cu atât mai necesare cu cât de obicei zonele în care seleniul în sol este deficitar sunt şi zone cu indice de ariditate ridicat, astfel încât o tehnologie eficientă de biofortifiere protectivă cu seleniu a culturilor agricole ar rezolva două probleme majore, de suplimentare sigură a lanţului alimentar și de reducere a pierderilor culturilor determinate de lipsa apei în sol.

Obiectivele proiectului SAFE-SEL

• Dezvoltarea unor noi mijloace de intervenţie tehnologică (noi inputuri în tehnologia de cultură a cruciferelor şi metode de aplicare a acestora).
• Testarea noilor mijloace de intervenție tehno­lo­gică și integrarea lor cu practici durabile de cultivare a cruciferelor.
• Dovedirea caracterului de aliment funcţional sigur a produselor rezultate din tehnologia de biofortifiere protectivă cu seleniu şi analiza eficienţei tehnico-economice.

Tehnologia de biofortifiere protectivă este avan­tajoasă pentru fermierii cultivatori de crucifere. Suprafeţele cultivate cu varză, ca şi cele cultivate cu alte legume, au prezentat o tendinţă de scădere în ultimii 5 ani, cu un minim istoric al producţiilor în 2012 datorită condiţiilor climatice nefavorabile (ger, zăpezi abundente, secetă) (MADR, 2013). Costul irigaţiilor, strict necesare pentru a asigura un nivel profitabil al producţiilor, creşte în paralel cu creşterea preţului la energie. Schimbările climatice cresc riscul de secetă, ce supun plantele unui stres oxidativ suplimentar care poate duce uneori la compromiterea recoltei. Efectul protectiv pentru plante al seleniului, potenţat de noile mijloace de intervenţie tehnologică propuse prin proiect, va creşte deci atractivitatea unei tehnologii prin care se realizează şi produse cu valoare de piaţă ridicată.

Principalele etape ale proiectului

1 – Elaborarea metodelor experimentale.

2 – Realizarea şi testarea metodelor experimentale.

3 – Optimizarea modelelor experimentale şi demonstrarea funcţionalității lor.

4 – Validarea modelelor experimentale realizate.

Activităţi desfășurate în cadrul proiectului

• Obţinerea şi testarea de adjuvanţi de stropire şi produse pe bază de betaină.
• Obţinerea şi testarea de inductori ai oxidului nitric în ţesuturile vegetale.
• Aplicarea simultană a noilor inputuri şi a tratamentelor cu seleniu.
• Integrarea noii tehnologii de biofortifiere cu practicile de cultivare durabilă a cruciferelor.
• Realizarea şi validarea de teste pe animale de laborator (în conformitate cu reglementările de bioetică) pentru dovedirea caracterului de aliment funcţional.
• Diseminarea şi valorificarea rezultatelor.

Tratamentele pe care le propunem în cadrul acestei tehnologii se realizează prin aplicare foliară. Pentru a îmbunătăţi absorbţia foliară se utilizează adjuvanţi de stropire care să favorizeze penetrarea în plantă a sărurilor de seleniu şi a betainei. Pornind de la premisa că tratamentele cu betaină îmbunătăţesc răspunsul plantelor la stresul hidric, s-a elaborat pentru început un procedeu de obţinere a unui produs pentru creşterea eficienţei de utilizare a apei de către plante. Acest procedeu presupune adăugarea de glicin-betaină în compoziţia adjuvantului de stropire (pentru care la rândul lui a fost elaborat un procedeu de obţinere din compuşi naturali – uleiuri vegetale). Apoi s-a stabilit efectul aplicării concomitente a seleniului şi a adjuvanţilor de stropire asupra răspunsului cruciferelor la stresul hidric.

De asemenea, s-au obţinut compuşi originali de tip inductori sau modulatori pentru inducerea în plante a oxidului de azot – moleculă semnal cu rol major în metabolismul plantelor, important pentru creșterea biodisponibilității seleniului aplicat foliar, dar şi pentru că ameliorează răspunsul plantelor la secetă.

Toate aceste produse inovative pentru plante sunt compoziţii eficiente şi originale cu stabilitate ridicată care au fost complet caracterizate din punct de vedere fizico-chimic şi al efectului asupra plantelor şi, în plus, au fost testate, pentru optimizarea reţetelor finale, atât în solar (în experimente de tip split-split plot design), apoi extinse în câmp în loturi experimentale, cât şi în laborator, prin metode standardizate. Astfel, la cruciferele tratate cu adjuvanţi de stropire, betaină şi săruri de seleniu s-a determinat cantitatea totală de seleniu, cantitatea de compuşi chemopreventivi (seleno-aminoacizi şi glucozinolaţi) şi cantitatea de aminoacizi cu sulf – comparativ cu probe-martor provenite de la crucifere netratate, în condiţii de udare normală şi stres hidric.

Experimentele privind determinarea efectului noilor produse asupra nivelului de compuşi chemopreventivi din crucifere au constat în testarea efectului extractelor de varză şi conopidă asupra unor tipuri de celule in vitro. S-a stabilit nivelul de concentraţie de la care extractele de crucifere au efect toxic. S-a determinat, de asemenea, efectul tratamentului aplicat plantelor asupra nivelului de compuşi chemopreventivi din crucifere prin teste in vitro pe culturi de celule canceroase, evidenţiindu-se un efect de inhibare a dezvoltării acestora. În plus, au fost elaborate testele de verificare a acţiunii chemopreventive a cruciferelor din culturile biofortifiate cu seleniu asupra animalelor de laborator. Studiile privind toleranța şi eficacitatea alimentelor funcționale – produse vegetale biofortifiate cu seleniu – au arătat că acestea sunt bine tolerate de animalele de laborator, înregistrându-se o creștere a activității sistemului imun, o biotransformare hepatică care se reflectă în valori normale ale GPT, o îmbunătățire a funcției de epurare a rinichiului de produșii finali ai metabolismului proteic (uree și creatinină).

Rezultatele reproductibile au fost valorificate prin publicarea şi comunicarea lor la congrese naţionale şi internaţionale, iar caracterul de originalitate este protejat prin depunerea la OSIM a 2 cereri de brevet de invenție:

„Compoziţie biostimulantă pentru plante şi procedeu de obţinere“, nr. A/00938 din 02.12.2015

„Procedeu de biofortifiere protectivă cu seleniu a culturilor de crucifere“, nr. A/00921 din 27.11.2015.

Proiectul se derulează cu succes, atingând şi depăşind indicatorii preconizaţi.

În prezent se realizează testele finale pentru validarea metodologiei şi o analiză a eficienţei tehnico-economice.

Produsele finale ale proiectului

• Tehnologie de biofortifiere a culturilor de crucifere, care include noi produse inovative / inputuri agricole, destinate optimizării efectelor protective ale seleniului şi acumulării unor nivele constante de seleno-compuşi chemopreventivi, şi metode de aplicare ale acestora.
• Alimente funcționale biofortifiate cu seleniu, accesibile, cu efecte biologice reproductibile și cu siguranță maximă asupra sănătăţii umane.
• Rezultatul aşteptat ca urmare a implementării în practică a acestor produse este o modalitate sigură, eficientă şi accesibilă, de suplimentare cu seleniu a lanţului alimentar.

Prin aplicarea optimizată a tehnologiei de biofortifiere protectivă de către cultivatorii de crucifere se vor obţine alimente funcţionale, biofortifiate cu seleniu, cu un conţinut sigur şi stabil de compuşi chemopreventivi, şi se vor limita efectele diferitelor forme de stres, abiotic (lipsa apei, iradiere solară excesivă) şi biotic (boli şi dăunători) asupra nivelului producţiilor agricole.

http://www.incdsb.ro/p/Safesel

Revista Lumea Satului nr. 15, 1-15 august 2017 – pag. 48-51