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Herstellung von niedrig-allergenen Möhren für Allergie-Patienten
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Die Arbeitsgruppe bearbeitet ein Projekt zur Anfälligkeit von niedrig-allergenen Möhren und Tomaten gegenüber mikrobiellen Erregern von Pflanzenkrankheiten“ (DFG-Ko 1208/18-1)
Zusammen mit dem Institut für Biochemie der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, der Hautklinik des Universitätsklinikums Erlangen, dem Paul-Ehrlich-Institut in Langen und dem Institut für Lebensmittelchemie der Technische Universität Dresden werden in einem von der DFG unterstützen Verbundprojekt Arbeiten zur Aufklärung von human-allergenen Stoffen in Pflanzen und in Lebensmitteln durchgeführt. Ein Ziel dieser Zusammenarbeit von Agrarwissenschaftlern, Biologen und Medizinern ist die Minimierung von allergenen Stoffen in Kulturpflanzen ohne das deren „Abwehrsystem“ gegenüber mikrobiellen Erregern von Pflanzenkrankheiten zu Schaden kommt. |
Patienten leiden an Pollen-Kreuzallergien
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Pollen-Kreuzallergien gehören in Europa zu den häufigsten Nahrungsmittelallergien bzw. Nahrungsmittelunverträglichkeiten bei Erwachsenen. Zurzeit gibt es kein therapeutisches Mittel gegen diese Allergien und ihre Häufigkeit hat sich in den vergangenen 20 Jahren etwa verdoppelt. Im zentraleuropäischen Raum leidet ungefähr ein Viertel der erwachsenen Pollen-Kreuzallergiker unter einer Möhrenallergie. Diese Allergie kommt durch eine große Ähnlichkeit der Aminosäurensequenzen, d.h. Proteinstrukturen, von Pollen (besonders Birkenpollen) mit einigen Aminosäurensequenzen der Möhre zustande. Nach dem Verzehr von Möhren bzw. möhrenhaltigen Nahrungsmitteln können bei den betroffenen Pollen-Allergikern unterschiedlich starke allergische Kreuzreaktionen auftreten, die von leichten (z.B. orale allergischen Symptomen, Hautreaktionen) bis zu starken, lebensbedrohlichen Reaktionen (z.B. anaphylaktischer Schock) reichen. |
Möhrenallergene
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Eiweißstoffe (Proteine) in Möhren, die beim Menschen Überempfindlichkeitsreaktionen hervorrufen können, bezeichnet man als Möhrenallergene. Bis heute sind mehrere allergene Hauptkomponenten in der Möhre gefunden worden: Das allergische Potenzial beruht aber im Wesentlichen auf zwei Proteinen, dem pathogenese-assoziierten Protein PR10 und dem Profilin. Interessanterweise werden diese Proteine gerade nach Befall der Möhre mit Krankheitserregern, aber auch nach Verwundung und Trockenstress verstärkt gebildet. Entsprechend weist PR10 eine antimikrobielle Wirkung auf. Daher ist zu vermuten, dass beide Proteine im pflanzlichen Abwehrsystem eine wichtige Rolle spielen. Dies macht auch deutlich, dass mit mikrobiellen Erregern oder Insekten befallene Pflanzen ein höheres allergenes Potenzial besitzen können als gesunde Pflanzen.
PR10 ist ein relativ kleines Protein (~17 kD) und besitzt Ähnlichkeit zu einem Hauptallergen des Birkenpollens. Das Protein ist in der Möhre, wie auch in vielen anderen Pflanzen, als dominierendes Allergen identifiziert worden. PR10 wird in verschiedenen Organen der Pflanze gebildet. Das Profilin ist ein kleines hoch konserviertes Protein (~12kD). Es ist an der Regulation des Aktin-Zytoskeletts und an der Signalübertragung von zellulären Prozessen beteiligt. Profilin ist als ein Allergen vieler Gräser, Bäume, Obst und Gemüse bekannt. Dabei kommt es zu allergischen Kreuzreaktivitäten durch Profilin-spezifische IgE Antikörper.
Im Allgemeinen sind pathogenese-assoziierte Proteine (PR Proteine) bei niedrigen pH-Werten stabil und besitzen eine Resistenz gegen Proteolyse (Abbau von Proteinen). Diese Eigenschaften prädestinieren sie als Kadidaten für die Auslösung einer Immunantwort im menschlichen Körper. |
Niedrig-allergene (hypoallergene) Möhren
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Ziel unserer Zusammenarbeit mit den anderen Projektgruppen ist die Herstellung von niedrig-allergenen Pflanzen mit Hilfe einer als RNA-Interferenz (RNAi Technik) bezeichneten Strategie. Die verbesserten Linien werden anschließend bezüglich ihrer allergenen Eigenschaften mittels eines prick Tests am Patienten getestet. Für unser eigenes Projekt entscheidend ist die Fragestellung, ob die niedrig-allergenen Möhren sich in ihrer Anfälligkeit gegenüber mikrobiellen Krankheitserregern Veränderungen aufzeigen. Auch wenn bekannt ist, dass PR10 gerade in befallenen Pflanzen verstärkt gebildet wird, ist es noch weitgehend ungewiss, welche Rolle PR10 in der Pflanze bei der Abwehr von Krankheitserregern spielt. Werden Pflanzen, die weniger PR10 besitzen deshalb z.B. anfälliger gegen Krankheiten? Ebenso wenig weiß man über die genaue Rolle von Profilin. Um diese Frage zu klären, werden die neuen Linien im Gewächshaus auf Befall mit den pilzlichen Krankheitserregern (Pathogenen) Alternaria (Schwarzfäule) und Botrytis (Grauschimmelfäule) getestet. |
Herstellung hypoallergener Möhren
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Im ersten Schritt werden die Möhrenallergene PR10 und Profilin mittels RNAi inaktiviert. Die cDNA der entsprechenden Gene wird mit spezifischen Primern vermehrt (amplifiziert) und in RNAi Konstrukte mit Hilfe des Gateway-Systems (Invitrogen) kloniert. Die RNAi Konstrukte werden dann mit Hilfe von Agrobacterium tumefaciens in das Möhrengenom eingeschleust. Die Abbildung zeigt den Ablauf der genetischen Transformation.
Abbildung: Eine Möhrenzellsuspension wird mit Hilfe des natürlichen Bodenbakteriums Agrobacterium tumefaciens transformiert und an-schließend auf antibiotika-haltigem Medium selektiert (A). Die transgene Zellen entwickeln sich in hormon-freiem Medium über die somatische Embryogene zur ganzen Pflanze (B, C und E). Induktion eines Zellkallus und Erhaltung von transgenen Petiolen für spätere Vermehrung der Pflanzen (D).
Ein Teil der erzeugten hypoallergenen Möhren wird den Kooperationspartner zur Verfügung gestellt. Am Paul-Erlich-Institut wird die Allergenität der Möhren mit molekularen Markern überprüft und in der Universitätsklinik Erlangen werden Skin-Prick-Tests (Hauttest) an freiwilligen Patienten durchgeführt. |
Test gegenüber pilzlichen Krankheitserregern
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Die Pilze der Gattungen Alternaria und Botrytis gehören zu den echten Schlauchpilzen (Ascomycota). Sie verursachen große Schäden an Möhren und anderen Pflanzen. Nicht nur der Ausfall von Ernteerzeugnissen stellt ein Problem dar, sondern auch die Tatsache, dass beide Pilze am Menschen allergische Reaktionen hervorrufen können. Die Gattung Alternaria gehört zusätzlich zu den Pilzen, die Giftstoffe (sog. Mykotoxine) bilden. Diese Toxine können in Nahrungsmittel gelangen und zu gesundheitlichen Problemen führen.
Abbildung: Konidienträger und Konidien von Botrytis cinerea (links) und Sporen von Alternaria radicina (rechts).
Hypoallergenen Möhren werden hinsichtlich ihrer Abwehrfähigkeit (Resistenz) gegenüber diesen Pilzen im Vergleich zur nicht veränderten Mutterpflanze (Wildtyp) untersucht. Wie schon erwähnt, kann so herausgefunden werden, ob die Hemmung der Möhrenallergene PR10 und Profilin zu einer Beeinträchtigung der Abwehrkräfte der Möhre führt. Zudem können Informationen darüber gewonnen werden, welche genaue Aufgabe die beide allergieauslösenden Proteine PR10 und Profilin in der Pflanze nach Befall mit Krankheitserregern haben. |
01.09.2011 10:36
