Authenticity identification of wasabi (Eutrema wasabi) and its analogues by integrated genomic, barcoding-machine learning, and nutritional analysis

في عالم الغذاء، غالباً ما يكون الخط الفاصل بين المكون الفاخر والبديل الرخيص غير مرئي للعين المجردة. وينطبق هذا بشكل خاص على "الواسابي"، تلك العجينة الخضراء الزاهية التي تُقدم مع السوشي وتمنح لسعة حادة في الأنف. يأتي الواسابي الحقيقي من نبات محدد يصعب زراعته بشكل ملحوظ، إذ يتطلب مياهاً باردة وجارية وسنوات من الرعاية قبل أن يمكن حصاده. وبسبب هذا الندرة، تفرض الجذور الحقيقية سعراً مرتفعاً، مما يخلق حافزاً قوياً للبائعين لخلطها بنباتات أخرى أرخص وأكثر شيوعاً مثل الفجل أو الخردل. يمكن لهذه البدائل أن تحاكي اللذعة الحريفة، لكنها تفتقر إلى النكهة الفريدة والفوائد الصحية الموجودة في المنتج الأصلي. ولعقود من الزمن، كان تحديد النوع الحقيقي بعد طحنه إلى عجينة أو مسحوق أمراً مستحيلاً تقريباً باستخدام الطرق التقليدية التي تعتمد على النظر أو التذوق. ولحل هذه المشكلة، توجه العلماء إلى المخطط الأساسي للحياة: الحمض النووي (DNA). فمن خلال قراءة الشفرة الوراثية المخفية داخل خلايا النبات، يمكن للباحثين الآن تمييز الأنواع بيقين مطلق، تماماً مثل قراءة بصمة فريدة لتحديد هوية شخص ما.

وضع فريق من الباحثين هدفاً لبناء نظام شامل للتمييز بين الواسابي الأصلي ومزيفيه، عبر دمج ثلاثة أنواع مختلفة من الأدلة في أداة واحدة قوية. لم يعتمدوا على طريقة واحدة فحسب، بل نسجوا معاً نظرة عميقة في التاريخ الوراثي الكامل للنبات، والبحث عن علامات جينية محددة، وتحليل التركيبة الغذائية للنبات. ركزت الدراسة على سبعة أنواع نباتية مرتبطة ببعضها، بما في ذلك الواسابي الحقيقي وبدائله الأكثر شيوعاً، لمعرفة كيفية مقارنة شفراتها الوراثية. بدأ الباحثون بفحص جينوم البلاستيدات الخضراء، وهو المجموعة الكاملة من التعليمات الموجودة في المصانع الصغيرة المنتجة للطاقة داخل خلايا النبات. ووجدوا أنه بينما كانت البنية العامة لهذه المخططات الجينية متطابقة تقريباً عبر جميع الأنواع السبعة، كانت هناك اختلافات دقيقة ولكنها حاسمة في مناطق محددة. ظهرت هذه الاختلافات في الحدود حيث تلتقي الأجزاء المختلفة من الجينوم، وفي تسلسلات قصيرة ومتكررة من الحروف الجينية. وبينما ظلت الجينات التي تبني الآليات الأساسية للنبات ثابتة بشكل عنيد، احتوت هذه المناطق غير المشفرة على معلومات فريدة كافية لتعمل كبصمة جينية لكل نوع.

ولجعل عملية التحديد هذه أسرع وأكثر عملية للاستخدام اليومي، اختبر الفريق ثلاثة مقاطع محددة من الحمض النووي تُعرف باسم "الأشرطة الرمزية" (barcodes). وهي عبارات قصيرة من الشفرة الوراثية تعمل كبطاقة تعريف للنوع. وقارنوا مدى قدرة ثلاثة "تاغات" مختلفة — وهي ITS2 وmatK وrbcL — على فصل الواسابي الحقيقي عن المزيفين. وعندما استخدموا الطرق التقليدية لبناء أشجار العائلة بناءً على هذه التسلسلات، نجح الوسم ITS2 في فصل المجموعات النباتية المختلفة، لكنه واجه صعوبة في التمييز بين أنواع الواسابي وثيقة الصلة. ومع ذلك، عندما أدخلوا "تعلم الآلة"، وهو نوع من البرامج الحاسوبية التي تتعلم التعرف على الأنماط، تغيرت النتائج بشكل جذري. وجدت النماذج الحاسوبية أن مقطع matK هو الأكثر موثوقية؛ فقد احتوى على الأنماط الأكثر فائدة ليتعلم منها الحاسوب، مما سمح للخوارزميات بتحديد النوع الصحيح بدقة كاملة في بعض الاختبارات. يشير هذا الاكتشاف إلى أنه بينما لا تزال للطرق القديمة مكانتها، فإن مستقبل توثيق الأغذية يكمكم في استخدام هذه البرامج الحاسوبية الذكية لقراءة الشفرة الوراثية.

لم يتوقف الباحثون عند الجينات؛ بل نظروا أيضاً فيما تتكون منه النباتات كيميائياً. قاموا بقياس مستويات فيتامين C، وإجمالي الفلافونويد، وإجمالي البوليفينول، وهي مركبات طبيعية معروفة بخصائصها المضادة للأكسدة. أظهرت النتائج انقساماً واضحاً بين الواسابي الحقيقي وبدائله؛ حيث احتوى الواسابي الأصلي على كميات أعلى بكثير من الفلافونويد والبوليفينول مقارمة بالفجل أو الخردل. في المقابل، كانت كمية فيتامين C متساوٍ تقريباً في النباتات الثلاثة، مما جعلها غير مفيدة للتمييز بينها. وهذا يعني أن الملف الغذائي للنبات يقدم طبقة ثانية من الإثبات؛ فإذا ادعت عينة ما أنها واسابي ولكنها تحتوي على مستويات منخفضة من هذه مضادات الأكسدة المحددة، فمن المرجح أنها بديل، بغض النظر عما يقوله حمضها النووي.

من خلال الجمع بين هذه المنهجيات الثلاث، تقدم الدراسة حلاً قوياً لمشكلة عانت منها صناعة الأغذية لسنوات. يسمح هذا الإطار باستراتيجية متعددة المستويات: فحص سريع باستخدام وسم جيني واحد للمسح الأولي، يليه تحليل أكثر تفصيلاً باستخدام نموذج تعلم الآلة للتأكيد، وأخيراً فحص كيميائي للتحقق من الجودة والقيمة الغذائية. تضمن هذه الطريقة متعددة الطبقات أنه حتى المنتجات المعالجة للغاية، حيث يختفي الشكل الفيزيائي للنبات، يمكن تحديدها بدقة. يؤكد هذا العمل أنه رغم تشابه الشفرات الوراثية لهذه النباتات بعمق، إلا أنها ليست متطابقة، وعند النظر إليها من خلال العدسة الصحيحة — سواء كانت خوارزمية حاسوبية أو اختباراً كيميائياً — تصبح حقيقة ما يوجد داخل العلبة واضحة. يوفر هذا النهج المتكامل طريقة موثوقة لحماية المستهلكين وضمان أن القيمة العالية للواسابي الأصلي تتطابق مع أصالتها.