חמישה תעלומות קפה הגנים של שעועית עשויים לפצח

זהו החומר הפסיכואקטיבי הפופולרי ביותר בעולם, הנצרך על ידי מיליארדים כל יום. אנחנו כל כך אוהבים אותה, שלחנו מכונה מיוחדת להכנתה בחלל. אך עד כה הקפה נאחז בכמה סודות להצלחתו. איך הצמח קיבל את בעיטת הקפאין שלו? איך השעועית מייצרת את הארומה והטעם היקרים שלה? והאם קפה באמת יכול להיות טוב בשבילך?

ספרים קשורים

קפה משוגע: 140 AHA! רגעים של קפה מחדר הישיבות, לבית הקפה, למטבח

מניפסט הקפהנית: לא עוד קפה רע!

כעת מדענים עיצבו את הגנום של קפה רובוסטה ( Coffea canephora ), המהווה כשליש מכ- 2.25 מיליארד כוסות הג'וי שאנו שותים בכל יום. (מין הערביצה הקשור מקרוב ממלא את רוב שאר ספלי העולם.) פורסם היום בכתב העת Science, מאמר המתאר את גנום הקפה משווה גם את רצפי הגנט של הצמח לבין אלה של גפן, עגבנייה וערבידיופסיס, אורגניזם מודל נפוץ ב- ביולוגיה צמחית וחושפת כמה מההתאמות הייחודיות לקפה. עם הכלי החדש הזה ביד, מחקר נוסף יכול לעזור להקניט תשובות לחידושי הקפה הללו.

מדוע צמחים ייצרו קפאין?

אנו עשויים לחשוק בטלטול הבוקר שלנו, אך לא ברור מדוע צמח הקפה יתפתח קפאין בסביבה טבעית. מחקר מחבר משותף ויקטור אלברט, ביולוג אבולוציוני צמח באוניברסיטת בופלו, אומר שיש שלוש תיאוריות מובילות להסביר את התופעה.

קפאין עשוי להפסיק את אכילת העלים מהעשב. "קפאין בעצם מצטבר בצורה חזקה ביותר בעלים", אומר אלברט. היו אפילו ניסיונות להכין תה מעלי קפה, אך אין לזה טעם של קפה מהשעועית. זה אפשרי גם כי צמחי קפה משתמשים בקפאין כדי להשלים את השכנים שלהם. "הרעיון הוא שאחרי העלים נופלים, קפאין דולף אל האדמה, יחד עם תרכובות אחרות, ומעכב את נביטת הזרעים מצמחים אחרים בתחרות על משאבים, אור וחלל מוגבלים, " הוא אומר. או שקפאין עשוי למשוך מאביקים על ידי מתן להם באז. מחקרים שפורסמו במדע בשנה שעברה מראים כי קפאין מאכלס את המאביקים. זה סוג של פעולות עליהם בצורה דומה שזה עושה לנו - גורם להם לחזור לעוד, "אומר אלברט.

אמנם התשובה לתעלומה ארוכת שנים זו אינה במחקר החדש, אך ניתן היה למצוא כעת שיש לנו את הגנום המפורט של הצמח. "זה לא יפתיע אותי אם שלושת התיאוריות הללו נכונות במידה מסוימת, " אומר אלברט.

איך קפאין התפתח?

ביולוגים הרסו שני דרכים גנטיות לייצור קפאין, אומר אלברט. רעיון אחד הוא שלכל הצמחים הפורחים היו הגנים מלכתחילה, ורק מעטים החלו לייצר קפאין ברצינות. לחלופין, ביוסינתזה של קפאין התפתחה מספר פעמים דרך מסלולים ייחודיים בקבוצות צמחים הקשורות למרחקים.

מחקר הגנום מגבה את התרחיש השני. מהניתוח עולה כי הגנים שמבשלים קפאין בקפה שונים מאלה שמייצרים את התרכובת בתה וקקאו. "קפה ותה חולקים לאחרונה אב קדמון משותף אולי לפני מאה מיליון שנה", אומר אלברט. "קפה ושוקולד אולי לפני 120 מיליון שנה. אז אנחנו מדברים על צמחים שהופרדו במשך זמן רב מאוד שפיתחו באופן עצמאי את היכולת לייצר קפאין. "

הצמחים אמנם נושאים גרסאות לאותם גנים של קפאין, אך שינויים זעירים עוררו הבדלים גדולים בתפקידם הביולוגי. "לגנים המקודדים אנזימי קפאין בקפה יש קרובים קרובים בשוקולד, למשל, אבל בשוקולד הגנים האלה לא מייצרים קפאין, הם מייצרים משהו אחר", אומר אלברט. "יש תחום מחקר גדול בכימיה של אנזימים מעצבים, שבו אנשים משנים קבוצות אנזים בדרכים קטנות כדי שהם יוכלו לקבל פונקציות חדשות לחלוטין", הוא מוסיף. "סוג כזה של כימיה מעצבת הושג בטעות על ידי צמחים אלה המייצרים קפאין בטבע."

מה נותן קפה את הטעם והארומה שלו שלא ניתן לעמוד בפניו?

גובה הקפאין אינו המאפיין הממכר היחיד של קפה. הגנום שזה עתה תואר פותח גם את מקורות הטעמים והריחות המיוחדים שמאפשרים לאנשים לחזור לעוד. "המחקר שלנו הדגיש גנים היוצרים תרכובות אלקלואידים, שהם טעמים מרים ידועים, " אומר אלברט. "מצאנו קבוצה אחרת של אנזימים מועשרים היוצרים תרכובות פלבנואידיות, המהוות אלמנט טעם אחר. הדגשנו גם את הגנים המעורבים במסלולי חומצות שומן, אז זיהינו היבטים גנטיים רבים ושונים של ארומה וטעם. "

גילוי מדויק אילו גנים אחראים לטעמים או לארומות המבוקשים ביותר עשוי לאפשר ייצור קפה שמספק יותר ממה שאנחנו אוהבים באמצעות גידול סלקטיבי או הנדסה גנטית.

האם אנו יכולים להפוך קפה בריא יותר?

לחלק מהתרכובות הרבות של הקפה, כפי ששותים נהנים להלחיץ, יש מאפיינים המקדמים את בריאות האדם, כמו נוגדי חמצון המגנים כביכול על התאים מפני נזק. עבודות אחרונות אף מציעות כי הקפאין בקפה עוזר לאנשים לשמור על זיכרונות חדשים. אבל רכיבי קפה אחרים הם פחות מבריאים או אפילו מסרטנים קלות. (לפחות זה מיתוס שקפה מדהים את הצמיחה שלך.)

ניתן להאיר את כל הכימיה המסובכת ביותר הזו על ידי ניתוח הגנום, שיכול לספק את הבסיס לאסטרטגיות גידול או מניפולציה גנטית כדי למקסם את התועלת ולמזער את הפגיעה שנמצאה בחלל. "כל מה שידוע על קפה ומעניין יכול להיות ממוקד גנטית", אומר אלברט.

האם קפה יכול לשרוד שינויים באקלים?

צמח הקפה המעובד נולד באתיופיה, ואפריקה נותרה מרכז הגיוון בקפה. כיום המפעל הוא יבול מזומנים עיקרי בברזיל, וייטנאם, אינדונזיה וקולומביה. אך ייצור עולמי זה תלוי בזנים בעלי גיוון נמוך יחסית, מה שהופך אותם לפגיעים לאיומים כמו מחלות, מזיקים ושינוי אקלים.

דני זמיר, מהאוניברסיטה העברית בירושלים, מקווה שניתן להשתמש בגנום כדי לשפר את גידול הקפה ולהשאיר את היבול הפופולרי. זמיר כתב במאמר פרספקטיבה שליווה את המחקר, "המפתח להבטיח כי הקפה יוכל לשרוד כיבול בר השגה הוא השונות הגנטית הנמצאת במינים אפריקאים." בהשוואה לצמחים רבים, לקפה יש גנים עמידים מאוד בפני התנגדות לפתוגנים, כך מראה הגנום, אולי חושף יעד טקטי למאבקו של החקלאות לשמירה על יבולים בריאים.

אולם בסקרים שנערכו לאחרונה באתיופיה נמצא כי זמיר כינה "קצב מדאיג של שחיקה גנטית של מאגר הגנים עקב כריתת יערות יחד עם מאמצי שימור לא מספיקים." הוא קרא להשתמש בגנום החדש שרצף ככלי לפיקוח ולהפחתת האיומים הללו על ידי דרבן פרויקטים של גידול בעזרת גנומיות בארצות המייצאות קפה - ובכך מבטיחים עתיד הכולל שעועית באיכות גבוהה לטחון היומי בעולם.