Az élelmiszertudomány és a molekuláris allergia egyik legnagyobb kihívása a fehérjék allergén aktivitásának meghatározása különös tekintettel az új élelmiszerekre.

A fehérjék immunogén jellege és kereszt-reaktivitása:

A fehérjék allergén aktivitásában alapvető jelentőségű egyrészt az immunogén jellegük, másrészt az immunglobulin antitestek és a fehérjék kapcsolódása, továbbá az immunglobulin-kötő képesség és a kiváltott klinikai tünetek közti összefüggés.

Az immunogenitás a fehérjéknek az a képessége, melynek segítségével IgE antitesteket indukál, míg a kereszt-reaktivitás a (többnyire már létező) IgE antitestek reakciója a fehérjével. A kereszt-reaktivitásnak egyértelmű szerkezeti alapja van: szerkezeti hasonlóság nélkül nincsen lényeges kereszt-reaktivitás.. Lényeges továbbá az IgE-kötő potenciál és a klinikai tünetek közti kapcsolat, amelyet fizikai tulajdonságok (stabilitás, méret) és immunológiai sajátságok (affinitás és az epitópok jellege) egyaránt befolyásolnak. Minden allergénnek képesnek kell lennie arra, hogy hidat képezzen a hízósejtek felületén lévő IgE molekulák között a degranulálás, a mediátorok kibocsátása indukálásához. Ezért az allergéneknek rendelkezniük kell legalább két IgE antitesthez kapcsolódó résszel (B-sejt epitóp), hogy a mediátorok (hisztamin) kibocsátása megindulhasson.

A legjelentősebb allergének:

A legjelentősebb élelmiszer allergéneket 8 csoportba sorolják: búza (gabonafélék), rákfélék, tojás, halak, mogyorófélék, tej, dió és szójabab.

A fehérjeszerkezet és az allergia:

A fehérjék szerkezetét az allergia szempontjából jellemezhetjük az aminosav szekvenciával, a fehérjeláncok térbeli elhelyezkedésének módjával illetve a felületi szerkezettel. A fehérjék felületi adottságai a legfontosabbak az antitesthez való kötődés szempontjából, különösen az epitóp szerkezete, ami a felületnek az a része, amelyhez az antitest kötődik. Az allergén aktivitással rendelkező epitópok szerkezetének vizsgálata alapvető a fehérje allergenitás megértéséhez.

Az allergenitás szempontjából a fehérjeszerkezettel összefüggő legfontosabb tulajdonságok: az oldhatóság, a stabilitás, a méret és a fehérje térbeli szerkezetének kompaktsága.

Az immunogén jelleggel szemben a kereszt-reaktivitást jelentősen meghatározzák a szerkezeti tulajdonságok. Két fehérje csak akkor lehet kereszt-reaktív, ha rendelkezik hasonló szerkezeti tulajdonságokkal. Az eddig ismeretes IgE kereszt-reakciók esetében a kereszt-reaktív fehérjék mind a szekvencia, mind a konformáció szintjén hasonló tulajdonságokat mutattak. Bár minden kereszt-reaktív fehérje háromdimenziós szerkezete hasonlóságot mutat, de a hasonló konformációval rendelkező fehérjék nem szükségszerűen kereszt-reaktívak.

Mitől válik egy antigén allergénné?

A válasz segít eldönteni, hogy ha egy új fehérjét vezetünk be a táplálkozásunkba, vajon megnő-e az allergia kockázati tényezője. Mi az összefüggés az élelmiszer-fehérjék allergén potenciálja, szerkezete és biológiai aktivitása között?

Az élelmiszerfehérjék allergén aktivitásának megállapítása, előrejelzése érdekében a már ismert allergének közös fiziko-kémiai tulajdonságainak megállapítására és azon szerkezeti sajátságok értelmezésére, melyeket az IgE antitestek felismernek, sok erőfeszítés történt.

Az ismert allergének közös fiziko-kémiai, szerkezeti tulajdonságai:

- a kezelésekkel szembeni stabilitás (savak vagy hőkezelés)

- a hasításokkal (enzimes) szembeni rezisztencia

- megfelelő oldhatóság.

Aalberse (2001) az ismert szerkezetű élelmiszer allergéneket öt csoportba sorolta a fehérjék harmadlagos szerkezete alapján:

anti-paralel b -szerkezet:

szerin proteázok (tripszin)

szója KTI

anti-paralel b -szerkezet és egy vagy több a -helix asszociációja:

b -laktoglobulin (tej)

a és b struktúrák (nem szoros asszociáció):

lizozim

laktalbumin

a -hélix:

nem specifikus lipid transzfer fehérjék

2S albuminok (magok)

parvalbuminok (halak)

egyéb szerkezetek:

szerin proteáz inhibitor (ovalbumin)

amiláz

tropomiozin

kis fehérjék

Az allergéneket funkciójuk alapján is osztályozták (Breiteneder and Ebner, 2000). Meglepő módon a növényi eredetű élelmiszer allergének közül soknak hasonló vagy azonos a szerkezete a „pathogenesis-related proteins”, a PR-fehérjék (patogenezissel összefüggésbe hozható fehérjék, azok, amelyek kórokozók, sérülés vagy bizonyos környezeti stresszek hatására keletkeznek) szerkezetével.

Néhány példa a PR-fehérjékkel homológ allergénekre:

glükanázok (PR-2 típus) a gyümölcsökben, zöldségekben,

kitinázok (PR-3 típus) a gesztenyében, a banánban,

lipid transzfer fehérjék (PR-14 típus) az almában, szójában, árpában, stb.

A PR-fehérjék csoportjaiba nem sorolható allergének is többnyire jól ismert fehérjecsaládok tagjai, melyek meghatározott biológiai funkcióval rendelkeznek.

Élelmiszer allergének osztályozása biológiai funkciójuk alapján:(Breiteneder and Ebner, 2000)

proteáz /amiláz inhibítorok           gabonafélék

                                                    szója KTI

peroxidázok                                 búza, árpa

mag tartalék 2S fehérjék             mogyoró

                                                    mustár

vicilinek                                       mogyoró

glicininek                                     mogyoró

                                                   szója

SH-proteázok                              papain

                                                   ficin

                                                  bromelain

lektinek                                       mogyoró agglutinin

Az élelmiszer allergének további vizsgálatára, jelentős információkra van még szükség, hogy az immunkémiailag meghatározott kereszt-reaktivitást le tudjuk fordítani a klinikailag lényeges információ nyelvére. Különösen fontos azon antigének azonosítása és jellemzése, amelyek képesek elérni és stimulálni az immunsejteket és mégsem allergének. Ha elég klinikai adat és szerkezeti információ gyűlik össze az allergén molekulákról, akkor végre felelni lehet arra, hogy a molekuláknak milyen jellemzője felelős az allergén aktivitásért.

Módszerek és lehetőségek az allergia csökkentésére:

Az élelmiszerallergia csökkentése érdekében alkalmazott legjelentősebb módszerek, törekvések:

*olyan növények (vonalak) kiválasztása, melyekben az allergének eredendően alacsony szinten vannak,

*a termesztési körülmények hatásának tanulmányozása az allergének szintjére (stressz fehérjék),

*a betakarítás utáni kezelés, tárolás optimalizálása,

*az alkalmazott élelmiszeripari kezelések, konyhatechnikák nyomon követése.

Az élelmiszerallergia csökkentése érdekében a fehérjék szintjén alkalmazható módszerek, lehetőségek:

*hőkezelés,

*enzimes módosítások,

*egyéb eljárások (pl. a legallergénebb frakciók eltávolítása),

*hypoallergén élelmiszerek előállítása.

Vizsgálataink célja:

a Központi Élelmiszer-tudományi Kutatóintézetben a növényi eredetű élelmiszer-fehérjék allergén potenciáljának tanulmányozása, molekuláris szerkezetük és biológiai aktivitásuk vizsgálata, továbbá annak nyomon követése volt, hogy a kezeléseknek illetve az élelmiszer-összetevőkkel való kölcsönhatásoknak van-e hatása az allergének biológiai aktivitására és szerkezetére.

A fehérje allergének azonosítására és jellemzésére multidimenziós elektro-foretikus és immunológiai módszereket alkalmaztunk. Fajtaazonos gabonafélék és enzimesen módosított búzafehérjék potenciális allergén aktivitásának kimutatásához anti-(búza)-gliadin antitestet és/vagy igazolt klinikai hátterű, gabonaallergiás valamint cöliákiás betegek szérumából származó poliklonális ellenanyag készlet keverékét alkalmaztuk.

Eredmények:

Vizsgáltuk az enzimes módosítások hatására a fehérjék szerkezetében és immunogén- illetve keresztallergén jellegében bekövetkezett változásokat és kimutattuk, hogy az enzimes hidrolízis és az enzimes peptidmódosítás (EPM) alkalmas módszerek az epitóp szerkezetek megváltoztatására, ezáltal az allergén jellegért felelős szerkezeti rész nyomon követésére és azonosítására, továbbá a fehérjék potenciális allergén aktivitásának irányított csökkentésére.

Az élelmiszerfehérje allergia legalapvetőbb kérdésére, hogy mitől válik egy antigén allergénné, még ma sem tudjuk a teljes választ, de már több irányból közeledünk hozzá. A kérdés elméleti szempontból rendkívül lényeges, hiszen, ha meg akarjuk érteni az allergiát, akkor először az allergéneket kell megértenünk.. Gyakorlati szempontból pedig az allergén megértése azért jelentős, mert a kérdésre adott válasz segítségünkre lehet abban, hogy tudjuk, egy új fehérjének élelmiszerként való bevezetése megnöveli-e újabb allergiás tünetek kialakulásának kockázatát. Harmadszorra, ha megértjük az allergéneket, akkor valószínűleg jobb megoldásokat fogunk találni az allergia kezelésére megfelelően módosított allergének előállításával.

Összefoglalás:

A fehérjék allergén aktivitással rendelkező szerkezeti részeinek, az epitópoknak a vizsgálata és az immunglobulin antitestek kereszt-reaktivitásának előrejelzése alapvetően hozzájárulhat a fehérje allergenitás minél teljesebb megismeréséhez és lehetőséget nyújthat az új élelmiszerek allergén aktivitásának jellemzésére az élelmiszerbiztonság érdekében.

Felhasznált irodalom:

Aalberse, Rob C.: Structural biology of allergens. J. of Allergy and Clinacal Immunology. 2000. 106 (2). 228-238. p.

Aalberse, Rob C., Akkerdaas, J., van Ree R.: Cross-reactivity of IgE antibodies to allergens. Allergy 2001. 56 (6). 478-490. p.

Aalberse, Rob C. and Stapel S. O.: Structure of food allergens in relation to allergenicity. Pediatric Allergy and Immunology. 2001. 12. 10-14. p.

Bredehorst, Reinhard and David, Kerstin: Review: What establishes a protein as an allergen? J. of Chromatography B. 2001. 756. 33-40. p.

Breiteneder, Heimo and Ebner, Christof: Molecular and biochemical classification of plant-derived food allergens. J. of Allergy and Clinical Immunology. 2000. 106 (1). 27-36.p.

Cohen, Sheldon and Dworetzy, Murray: The allergy archives: Pioneers and Milestones. J. of Allergy and Clinical Immunology. 2002. 109 (1) 179-184. p.

Hajós, Gyöngyi: Enzymatic Modification as a tool for alteration of safety and quality of food proteins. In Shlomo Magdassi (Ed.): Surface activity of proteins: chemical and physicochemical modifications New York, 1996. Marcel Dekker, 131-180. p.

Hajós, Gy., Gelencsér É., Grant G., Bardocz S., Sakhri M., Duguid T. J., Newman A. M., Pusztai A.:Effect of proteolytic modification and methionine enrichment on the nutritional value of soya albumins for rats.

J. Nutritional Biochemistry, 1996. 7. 481-487. p.

Hajós Gyöngyi és Gelencsér Éva: Táplálék allergének. In Polgár Marianne (szerk.): Allergia csecsemő- és gyermekkorban. Bp. 1996. Springer Hungarica. 39-51. p.

Hoffmann-Sommergruber, Karin: Plant Allergens and Pathogenesis-Related Proteins. Int. Arch. Allergy Immunol 2000. 122. 155-166. p.

Huby, Russel D. J., Dearman, Rebecca J. and Kimber, Ian: FORUM: Why Are Some Proteins Allergens? Toxicological Sciences 2000. 55. 235-246. p.

Hussein. S., Gelencsér, É., Hajós, Gy.: Reduction of allergenicity and Increasing the biological value of buffalo’ s milk proteins by enzymatic modification. Journal of Food Biochemistry. 1996. 19 (4). 239-252. p.

Kleine Budde, Ilona, de Heer, Pleuni G., van der Zee, Jaring S., Aalberse, Rob C: The Stripped Basophil Histamine Release Bioassay as a Tool for the Detection of Allergen-Specific IgE in Serum. Int. Arch. Allergy Immunol. 2001. 126. 277-285. p.

Matuz János, Szerdahelyi Emőke, Polgár Marianne, Hajós Gyöngyi (2000): Structure and potential allergenic character of cereal proteins. II. Potential allergens in cereal samples. Cereal Res. Comm. 28 (3), 433-442. p.

Pastorello, Elide A., Pompei, Carlo, Pravettoni, Valerio, Brenna, Oreste, Farioli, Laura, Trambaioli, Chiara, Conti, Amadeo: Lipid transfer proteins and 2S albumins as allergens. Allergy. 2001. 5. S. (67) 43-47. p.

Polgár Marianne, Gelencsér Éva és Hajós Gyöngyi: Keresztallergia vizsgálata tehéntejallergia esetében. Gyermekgyógyászat. 1996. 47 (2). 91-97. p.

Tanabe, Soichi and Watanabe, Michiko: Enzymatic treatment of wheat flour to regulate wheat-sensitive allergy and the fabrication of hypoallergenic wheat products. Recent. Res. Devel. in Agricultural and Biological Chem., 1997. 1. 83-99. p.

Taylor, Steve L. and Hefle, Susan L.: Food Allergies and Other Food Sensitivities. Food Technology. 2001. 55 (9). 68-83. p.
 

Food allergy and protein structure

One of the major challenges of molecular allergy and food science is to predict the allergenic potential of a protein, particularly in novel foods. Immunogenicity reflects the potential of a protein to induce IgE antibodies, whereas cross-reactivity is the reactivity of IgE antibodies with the target protein.

Allergens have no characteristic structural features other than they need to be able to reach immune cells and must cells.

Many of the known plant food allergens are homologous to pathogenesis-related proteins (PR-proteins), proteins that are induced by pathogens, wounding or certain environmental stresses. Allergens others than PR homologs can be allotted to other well-known protein families such as inhibitors of a -amylases, seed storage proteins and proteases.

Multidimensional electrophoretic methods and immunblot techniques were used as a tool for detection and identification of protein structure of allergens and for traceability of the changes (reduction) in the potential allergenic character of the enzymatically modified food proteins.

As more clinical data and structural information on allergenic molecules becomes available, we may finally able to answer what characteristics of a molecule are responsible for its allergenic activity.