Μελέτη των γενετικών πολυμορφισμών των κύριων πρωτεϊνών στο ελληνικό γάλα με στόχο τη χρήση τους ως γενετικό αποτύπωμα στην παραγωγή και τη νοθεία

Abstract

The value of milk and its derivatives has been appreciated since ancient times: from breastfeeding newborns to the creation of dairy products, milk has always been part of human daily life and was intertwined with prosperity and maternal care as it is a source of nutrients, energy and structural components for the body. There are six main types of milk proteins in ruminant milk: αS1-casein (αS1-CN), β-casein (β-CN), lactoglobulin (β-LG), α-lactalbumin (α-LA), αS2 -casein (αS2-CN) and K-Casein(k-CN).Mutations in genes may occur over the years, leading to the creation of many alleles. These changes are called polymorphisms, are caused by gene rearrangement (replacement of one nucleotide with another) and can lead either to the modification of gene expression or to the inactivation of gene expression and thus modification of the amino acid sequence in the proteins encoded by them the genes. These mutations may have a positive effect such as on the casein content, the stability of the curd, the setting time and the yield of the cheese, yet some genetic polymorphisms resulting from mutations may also have negative consequences. In this thesis we focused on the β-casein gene. The main types of β-casein are A1 and A2.A1-β-casein was produced instead of A2-β-casein as a result of a natural gene mutation in Holsteins cows. A1-β-casein has been found to be associated with certain diseases and disorders in humans, including digestive disorders, type 1 diabetes, allergies, ischemic attacks, sudden infant death syndrome, schizophrenia and autism. On the contrary, A2-β-casein does not cause similar issues. The aim of this thesis was the mapping of Greek breeds of cow, buffalo and goat, and study the genetic polymorphism of the milk protein genes as well as the evaluation of the different genes and also the comparison with the quality characteristics of the milk. Of particular interest is the correlation of the genetic polymorphisms of the breeds with the quality of milk, which is a product with the greatest commercial value in Greece. In this thesis, a couple of methods were applied in order to identificate these polymorphisms (and also compare Greek and European cow breeds) aiming their future use as a genetic fingerprint useful for the production and detection of adulterated milk and dairy products .

Η αξία του γάλακτος και παραγώγων του ως διατροφικά προϊόντα για τον άνθρωπο έχει από αρχαιοτάτων χρόνων αναγνωριστεί: από το θηλασμό των νεογνών ως και τη δημιουργία γαλακτοκομικών προϊόντων, το γάλα αποτελούσε ανέκαθεν μέρος της ανθρώπινης καθημερινότητας και ήταν συνυφασμένο με την ευμάρεια και τη μητρική φροντίδα, καθώς αποτελεί πηγή θρεπτικών ουσιών, ενέργειας και δομικών συστατικών για τον οργανισμό. Στο γάλα των μηρυκαστικών υπάρχουν έξι βασικοί τύποι πρωτεϊνών γάλακτος: η αS1-καζεΐνη (αS1-CN), η β-καζεΐνη (β-CN), η λακτοσφαιρίνη (β-LG), η α-λακτοαλβουμίνη (α-LA) η αS2-καζεΐνη (αS2-CN) και η Κ-Καζεϊνη(k-CN). Σε αυτά τα γονίδια εμφανίζονται μεταλλάξεις κατά τη διάρκεια των ετών, οι οποίες οδηγούν στην εμφάνιση πολλών αλληλόμορφων. Οι αλλαγές αυτές, που ονομάζονται πολυμορφισμοί, προκαλούνται από την αναδιάρθρωση των γονιδίων (αντικατάσταση ενός νουκλεοτιδίου με άλλο) και μπορεί να οδηγήσουν είτε στην τροποποίηση της έκφρασης των γονιδίων, είτε στην απενεργοποίηση της έκφρασης γονιδίων και συνεπώς τροποποίηση της αλληλουχίας αμινοξέων στις πρωτεΐνες που κωδικοποιούνται από αυτά τα γονίδια. Οι μεταλλάξεις αυτές είναι δυνατό να έχουν θετική επίδραση, όπως π.χ. στην περιεκτικότητα της καζεΐνης, τη σταθερότητα του τυροπήγματος, στο χρόνο πήξης και την απόδοση του τυριού, ενώ ορισμένοι γενετικοί πολυμορφισμοί αποτέλεσμα μεταλλάξεων, μπορεί να έχουν και αρνητικές συνέπειες. Στην παρούσα διατριβή εστιάσαμε στο γονίδιο της β- καζεΐνης. Οι βασικοί τύποι της β-καζεΐνης είναι οι Α1 και Α2. Η Α1-β- καζεΐνη ξεκίνησε να παράγεται αντί της Α2-β- καζεΐνης ως αποτέλεσμα μιας φυσικής μετάλλαξης ενός γονιδίου σε αγελάδες Holsteins. Έχει βρεθεί ότι η Α1-β- καζεΐνη σχετίζεται με ορισμένες ασθένειες και διαταραχές σε ανθρώπους, όπως πεπτικές διαταραχές, διαβήτης τύπου 1, αλλεργίες, ισχαιμικά επεισόδια, σύνδρομο αιφνίδιου θανάτου νηπίων, σχιζοφρένεια και αυτισμός. Αντίθετα η Α2-β- καζεΐνη δεν προκαλεί αντίστοιχα προβλήματα.Στόχο της παρούσας διατριβής αποτέλεσε η χαρτογράφηση ελληνικών φυλών αγελάδας, βουβάλου και αίγας, η μελέτη του γενετικού πολυμορφισμού των γονιδίων των πρωτεϊνών γάλακτος, καθώς επίσης και η αξιολόγηση των διαφορετικών γονιδίων και η σύγκριση με τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του γάλακτος. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η συσχέτιση των γενετικών πολυμορφισμών των φυλών με την ποιότητα του γάλακτος που είναι ένα προϊόν με την μεγαλύτερη εμπορική αξία στην Ελλάδα. Στο πλαίσιο αυτό, στην παρούσα διατριβή εφαρμόστηκαν μέθοδοι για την ταυτοποίηση αυτών των πολυμορφισμών (και κατ’ επέκταση σύγκριση των ελληνικών με ευρωπαϊκές φυλές αγελάδων) με στόχο τη μελλοντική χρήση τους ως γενετικό αποτύπωμα για την παραγωγή αλλά και τον εντοπισμό νοθείας γάλακτος αλλά και γαλακτοκομικών προϊόντων.