Viele Menschen leiden unter einer Lebensmittelallergie. Nach Einschätzung des Deutschen Allergie- und Asthmabundes (DAAB) sind allein in Deutschland etwa sechs Millionen Kinder und Erwachsene betroffen. Besonders weit verbreitet ist die Erdnussallergie. Allergikern bleibt bisher nur der Verzicht auf den Verzehr von allergieauslösenden Lebensmitteln, wie Erdnüssen oder Senf, da die Krankheit bisher nicht heilbar ist. Forscher um Thomas Reinard von der Leibniz Universität Hannover verfolgen nun einen neuen Ansatz: Sie wollen in allergieauslösenden Nahrungspflanzen, die verantwortlichen Speicherproteine verringern, verändern oder sogar ausschalten, um das Risiko einer Immunreaktion zu drosseln.
Das Verbundprojektes LACoP (Low Allergen Containing Plants) wird von der Leibniz Universität Hannover koordiniert und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung von 2017 bis 2020 mit insgesamt 778.000 Euro finanziert. Am Projekt sind neben Pflanzengenetikern und Gartenbauwissenschaftlern aus Hannover auch Biotechnologen der Technischen Universität (TU) Braunschweig, pädiatrische Allergologen der Charité Universitätsmedizin Berlin sowie als Industriepartner das Unternehmen Diagnostische Systeme und Technologien (DST) und der Deutsche Allergie- und Asthmabund (DAAB) als Patientenvertretung beteiligt.
Gene in Speicherproteinen verändern
Ziel des Projektes ist es, hypoallergene Nahrungspflanzen herzustellen - also Pflanzen mit einem reduzierten allergenen Potenzial. Dabei konzentrieren sich die Forscher nicht nur auf das Speicherprotein Ara h 1 der Erdnuss, sondern auch auf das allergene Eiweiß Bra j 1 im Senf. Bei beiden Arten wollen die Forscher moderne Verfahren der Genom-Editierung nutzen, um die Gene der entsprechenden Eiweiße gezielt zu verändern oder herauszuschneiden.
Antikörper-basierte Tests entwickeln
Die Pflanzen ohne Allergen müssen natürlich getestet werden. „Aus der Notwenigkeit, dass wir eigene Tests dafür brauchen, kam die Idee, auch ein Testsystem zu entwickeln, dass dem Allergiker oder dem behandelnden Arzt in die Hände spielt“, erklärt Projektkoordinator Reinard. Dabei handelt es sich um ein Analysetool, das auf rekombinanten Antikörpern beruht, für deren Herstellung Projektpartner an der TU Braunschweig verantwortlich sind. Mithilfe dieses Werkzeugs könnte dann präzise bestimmt werden, ob Lebensmittel für Erdnuss- oder Senfallergiker verträglich sind oder nicht. Für die Entwicklung der Antikörper-basierten Tests werden Allergene benötigt, für deren Produktion die Arbeitsgruppe von Thomas Reinard Wasserlinsen nutzt.
Mischprotein aus Erdnuss und Gartenbohne
„In der ersten Phase des Projektes sollen die Gene mittels Genom Editierung komplett aus den Pflanzen entfernt werden, dann kann ermittelt werden, ob diese allergenreduzierten Pflanzen überhaupt noch schmackhafte Erdnüsse herstellen können“, erklärt Reinard. Daher wird parallel eine zweite Strategie verfolgt, bei der das Allergen nicht komplett entfernt wird (siehe Abbildung). Stattdessen werden nur die Bereiche im Protein herausgenommen, welche direkt für die allergische Reaktion verantwortlich sind. Solche Regionen sollen gegen entsprechende Bereiche aus anderen Pflanzen – konkret aus der Gartenbohne – ausgetauscht werden, die keine Allergien auslösen. Solche Pflanzen würden Reinard zufolge ein Mischprotein aus Erdnuss und Gartenbohne enthalten, welches eine reduzierte Allergenität aufweisen sollte.
Dazu müssen die für die Allergie verantwortlichen Regionen im Eiweiß aber erst identifiziert werden. Zwar wurden diese bereits in den 90er Jahren zugeordnet, allerdings ohne die Gesamtstruktur des Proteins zu berücksichtigen. Das war damals noch nicht möglich. Mit den heutigen Methoden können dagegen einzelne Bereiche ausgetauscht und ihre Auswirkung auf die Gesamtstruktur des Proteins berücksichtigt werden. „Wie bei einem Austausch einzelner Legosteine in einem entsprechenden Modell durch andere Steine“, ergibt sich dann eine etwas abgeänderte Struktur des Legomodells, wie Reinard erklärt. Diese veränderten Eiweiße werden dann nach und nach mit den Antikörpern der TU sowie den Patientenseren der Berliner Charitè analysiert.
Mit modernen Techniken neue Proteine herstellen
Bereits erste Analysen zeigen, dass die Daten aus den 90er Jahren nicht so eindeutig sind, und mit den modernen und viel detaillierten Verfahren, die heute eingesetzt werden, nicht bestätigt werden können. „Das ist sehr überraschend gekommen. Jetzt machen wir tatsächlich auch Grundlagenforschung und versuchen mit modernen Techniken und einem neu entwickelten Verfahren diese Proteine herzustellen“, erklärt der Pflanzengenetiker.
Bis zum Anbau einer allergenreduzierten Erdnuss ist es jedoch noch ein weiter Weg. „Um solch eine Pflanze herzustellen, muss zunächst das Genom einer Zelle mittels Genom Editierung geändert werden. Viel aufwändiger ist jedoch die Wiederherstellung einer kompletten Pflanze aus genau dieser Zelle. Allein diese sogenannte Regeneration ist bei der Erdnuss schwierig und kann bis zu einem Jahr dauern. Deshalb hat sich das Konsortium ein Allergen aus Senf als zweites Standbein gewählt, da hier diese Regeneration schneller und in höheren Raten funktioniert. Allerdings gibt es – im Gegensatz zu Südfrankreich - in Deutschland nur sehr wenige Senfallergiker, was den Bezug von Seren, die für die Analysen notwendig sind, erschwert.
Hyporallergene Pflanzen als Medikament
Bei beiden Pflanzenarten ist derzeit kein Anbau im großen Stil auf dem Feld geplant – auch weil der Europäische Gerichtshof mittels Genom Editierung veränderte Pflanzen als gentechnisch veränderte Organismen (GVO) eingestuft hat und diese damit den strengen Regulierungen der GVO-Richtlinie unterliegen. Der Blick der Forscher richtet sich daher auch auf den Einsatz hypoallergener Pflanzen als Medikament.
Konkret ist die Anwendung in der sogenannten oralen Immuntherapie anvisiert. Dabei werden zur Hyposensibilisierung der Betroffenen steigende Dosen des Erdnusseiweißes zugeführt, um das Immunsystem zu stimulieren. „Auch dafür ist eine Erdnuss, die weniger allergen ist, hilfreich, da die Gefahr allergischer Reaktionen deutlich gemindert wird.“ Für eine solche Anwendung werden viel weniger Pflanzen benötigt, die „im geschlossenen Gewächshaus angebaut werden könnten", erklärt der Forscher.
Verbundprojekt LACoP:
Projektkoordinator:
Leibniz-Universität Hannover, Institut für Pflanzengenetik; Herstellung der Allergene und Editierung der Genome
Projektpartner und ihre Aufgaben:
Leibniz Universität Hannover, Institut für Gartenbauliche Produktionssysteme; Regeneration der genom-editierten Pflanzen
Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik; Herstellung rekombinanter Antikörper
Charité Universitätsmedizin Berlin, Klinik für Pädiatrie m.S. Pneumologie und Immunologie und Intensivmedizin; Tests mit Blutseren von Allergiepatienten
DST Diagnostische Systeme und Technologien; Entwicklung von Testsystemen, Produktion von (modifizierten) Allergenen
Deutscher Allergie- und Asthmabund e.V.; Patientenvertretung analysiert den Bedarf und die Akzeptanz der Patienten
Erdnussgehalt in Lebensmitteln aufspüren
Ein weiteres Ziel des LACoP-Konsortiums liegt darin, den Ärzten sowie der Lebensmittelindustrie Testkits an die Hand zu geben, mit denen der Gehalt der kritischen allergenen Eiweiße in Nahrungsmitteln einfach, preiswert und genau bestimmt werden kann. So können auch „Erdnussreste“, die an verschiedenen Stellen in die Produktionskette gelangen können, aufgespürt werden, was Erdnuss-Allergikern eine zusätzliche Sicherheit gibt. „Wir wollen versuchen, damit die Verunreinigungen durch Allergene im Produktionsprozess der Lebensmittel besser nachzuweisen, so dass Kontaminationen für Allergiker ausgeschlossen werden können", erklärt Projektkoordinator Dr. Reinard.
Autorin: Beatrix Boldt
