Verlaging allergeniciteit in appel en tarwe door selectie, veredeling en GM

Verlaging allergeniciteit in appel en tarwe door selectie, veredeling en GM Luud J.W.J. Gilissen Allergie Consortium Wageningen Plant Research International Wageningen UR Studium Generale 18032008

Allergie is een groeiend probleem waarbij vele factoren betrokken zijn. Allergiemanagement vereist een multidisciplinaire aanpak vooral gericht op preventie


Ontwikkeling preventiestrategieën Hypoallergene voeding Rol selectie, veredeling en GM Appel, tarwe

Allergie: ontwikkeling en preventie blootstelling aan allergeen stuifmeel

genetisch ontvankelijk sensibilisering

huisstof contact voedingseiwitten

omgevingsfactoren tabaksrook luchtverontreinigingen infecties

overgevoeligheid luchtwegen, huid, spijsverteringskanaal

vaccinaties voeding inspanning

symptomen hooikoorts, astma, eczeem, OAS, voedselallergie

vermijding contact

symptoombetrijding

beroep klimaatsveranderingen

verandering levensstijl

Allergeen


Immunogeniciteit (aanzet tot IgE productie)




Kruisreactiviteit (reactie met aanwezig IgE)




IgEallergeen complex  mestcelactivering  histamine  klinische reactie

Kruisreactiviteit Berk  Appel

Bron: DPC

Kruisreactiviteit








Berk  Appel, Hazelnoot, Selderij, Wortel (NWE) Perzik  Appel (ZE) Latex  Banaan, Kiwi, Avocado Gras  Tomaat Huisstofmijt  Schaal en schelpdieren

EUSAFE “Plant food allergies: Field to table strategies for reducing their incidence in Europe”
Partners      

Medisch onderzoek Voedingsonderzoek Landbouwkundig onderzoek Fruitveredelaars Vruchtensappenfabrikant Patiëntenorganisatie EFA

5 1 2 2 1 1

EUSAFE Ontwikkeling hypoallergeen fruit/voeding/planten




Selectie Veredeling Genetische modificatie (GM) PRI + UMCUtrecht + Sanquin (Amsterdam)

Selectie Appel cultivars • Plant Research International

Huidpriktest • UMCUtrecht

Immunologische assays • Sanquin (Amsterdam)

Selectie  Resultaten SPT (Bolhaar et al.)

Golden Delicious: hoog Santana: laag (ook in DBPCFC)

Hypoallergene Santana in de winkel

Santana: symptomen






45% geen allergische reactie 50% geringe reactie 5% ernstiger reactie

Santana: oordeel patiënten (enquête)







Positief door grote meerderheid, ongeacht allergische reactie Santana is van biologische teelt Oordeel over hypoallergene GM appel? Ook positief wegens: Rechtstreeks voordeel Aandacht voor probleem patiënt

Veredeling  Fiesta x Discovery (Van de Weg et al.) SPT Patient 2 (mm2)

80

60

SPT reacties in twee patienten

40

20

0 0

20

40

60

80

SPT Patient 1 (mm2)

100

Veredeling: Mapping Mal d 1 genen (Gao et al.) Prima 13-PxF Fiesta 6-PxF Prima 16-PxF 0.0

Jonathan 13-JxP 17.7

MC001c-E1-8.4

0.0 14.3 21.6 25.0 34.5 35.6

E33M51-355 36.0

0.0 0.6 2.6 3.3 4.1

13.5 21.5 22.0 26.6 28.3 32.4

E32M58-316-2 CH02g01-0/217 E31M52-127-15 E31M52-127-10 E34M51-164-6

29.1 30.1 30.7 30.8 31.4 34.5

E32M52-120-9

45.1

Mald1.01 Mald1.13(16) Mald1.03 Mald1.09

46.6

E31M48-100-23 E34M51-159-7 E33M47-140-12

E34M48-286 E34M59-255 LY05-Hi-4.2/3.6 MC001a-D-3.5 E36M57-117 MC039-H-7.2/8.8 MC130-D-2.3/1.3

36.4 43.1

DIA_5_M OPAC-15-2050 OPAC-15-2000

43.5

50.5 51.3 54.9

Mald1.09 Mald1.01a1

43.6

E35M47-240-3

44.4

64.3 65.3 65.5 65.8

E24M60-332-4 OPT-02-0950 E34M55-380 MC041a-D-5.6/7.1 CH05f04-162/158 CH01b12y-178/0 E35M51-75 CH03h03-91/103

45.0

70.1 71.4 73.6

45.2 46.2

Ma MC001b-D-2.3 MC050-D-4.6/3.1 E34M48-198

Mald1.14(11b1) CH05a04-163/183

Mald1.02 Mald1.04 Mald1.10 Mald1.11 Mald1.12 Mald1.06 Mald1.07 Mald1.08 E36M59-177 E32M52-113 MC057b-D-3.8/6.1 4G11-D-1.2 E32M52-330 LY27a-Hi-9.4/5.0 E35M47-156-6 pAP260b-D-3.5 MC041b-E1-2/1.8 OPAF-07-0640 OPAF-13-0900 OPJ-01-0950 MC191

0.0 0.9

OPD-10-2000 E34M48-205

6.8 8.6

E36M59-315 OPE-04-1400

12.5

Mald1.05

20.4

E35M51-252

24.9

NZ23g04_R

39.1

MC040b-D-4.2/3.2

48.2

OPAB-12-0680

58.6

MC204a-E1-3.3/3.8 CH05a05-216/230

65.0

MC011-E5-9.5/20

Allergie preventie GM voedsel?? GM voedsel GM voedsel!!

Genetische modificatie (GM)




Mondiaal oppervlak GM gewassen Zorgen over GM Mogelijkheden GM GM technologie




Uitschakeling allergeengen in appel






Areaal GM gewassen (toename 510% per jaar) Totaal mondiaal 2004: 80 miljoen ha (= 20 x NL) Landen % VS 68 Argentinië 23 Canada 6 China 4

Gewassen soja mais katoen koolzaad

% 62 21 12 5

% van totaal 51 9 20 12

GM eigenschappen:

herbicidenresistentie (75%); insectenresistentie (17%); combinatie (8%)

GM gewassen totaal mondiaal oppervlak

Zorgen omtrent GM







Milieu: GM plant wordt onkruid Gezondheid: transgeen eiwit is toxisch of allergeen Socioeconomisch: beperking keuzevrijheid voeding Agronomisch: verspreiding transgen via stuifmeel Ethisch: God spelen Ideologisch: niet natuurlijk

Nieuwe transgene eigenschappen


Landbouwkundig      




verbetering onkruidbestrijding (herbicide resistentie) verlaging biotische stress (ziekte en plaagbestrijding) verlaging abiotische stress (droogte, zout, water, koudetolerantie) verbetering productie (zaadkwaliteit, plantgrootte, bloei, etc.) verlaging milieueffecten (minder bespuiting, energieverbruik, oogstverlies, etc.) opbrengstverhoging (meer zaad, minder kunstmest, betere fotosynthese, etc)

Product     

verbetering voedingswaarde (vitaminen, nutraceuticals) verbetering productkwaliteit (houdbaarheid, verlaagde allergeniciteit en toxiciteit) chemische ‘specialties’ (specifieke olieën, zetmeel, vezels, etc.) diagnostica (productie antilichamen) pharmaceuticals (eetbare vaccines, bloedeiwit, humane hormonen, etc.)

GMtechnologie  plantniveau

GMtechnologie  celniveau

DNA overdracht via Agrobacterium is een natuurlijk proces

GMtechnologie  moleculair niveau

Welke relaties zijn er tussen allergie en GM




GM introduceert nieuw eiwit  potentiëel voedselallergeen? Proces van GM vergroot bestaande allergeniciteit




GM schakelt allergeen uit




GM introduceert nieuw allergeen? Echter:

?

transgeen niet transgeen (nog) geen testsysteem voor allergeniciteit

Soja

GM gewassen soja

% 62

% van totaal 51

• Paranooteiwit in soja voor verbetering veevoer  allergeen (gestopt) • GM heeft geen effect op bestaande allergeniciteit van soja

• Gly m Bd 30 allergeen in soja is uitgeschakeld via GM

Mogelijke strategie voor ‘novel plant foods’ (Gubesch et al., ‘07)


Novel foods: bijv. waterspinazie, hyacinthboon, Ethiopische aubergine (niet bekend op EU markt)




Driestappen strategie: 1. 2. 3.

Aanwezigheid van panallergenen (Bet v 1 homologen; profilinen; LTPs) in extracten (dierlijk IgG) Specifieke IgE binding in deze extracten (patiëntensera) Klinische relevance in huid test en open voedselprovokatie

Conclusie ‘novel plant food’ analyse








Vergelijkbare studies nodig (grote data set) Gevalideerde methode nodig om sensibilisatie aan te kunnen tonen Nu: allergene potentie van ‘novel plant foods’ zeer moeilijk voorspelbaar

GM schakelt bestaand allergeen uit


Andere voorbeelden    




pinda rijst tomaat appel

AT CG

Methodiek: antisense (tegenovergestelde DNA basenvolgorde)

Antisense uitschakeling gen DNA  RNA  eiwit transcriptie

DNA 3’

DNA

ACTATGCAGA5’

3’

allergeen gen streng

TGATACGTCT5’ antisense streng  geen expressie

expressie

RNA

translatie

expressie

+

antisense RNA

 geen product

Uitschakeling van Mal d 1




Isolatie van Mal d 1 gen




Genconstructs voor PTGS




Transformatie van Elstar via Agrobacterium tumefaciens

Transgene appel Transgeen callus produceert scheuten

Transgene scheuten

Inactivering Mal d 1

Inactivering Mal d 1

Planten in de kas

Danish Institute for Food and Veterinary Research

Quantitative real time PCR Mal d 1 CO

18s

Mal d 1 TB, TG, TJ, TK, TI

Mal d 1 TL, TM

Danish Institute for Food and Veterinary Research

Planten in de kas 1

2

1 4 3

6 5

Enten

Bloeiinductie  appels in 2008?

Tarwe en Coeliakie (glutenintolerantie)

Celiac Disease Consortium NCV

human genomics, food genomics & bioinformatics

CDC Food Genomics

Doel: Ontwikkeling veilige granen en voedsel voor CD patiënten

Triticum aestivum, hexaploid (AABBDD)

~70% starch 815% protein

Opslageiwitten Tarwe eiwitten

Gluten

Albuminen Globulinen 12%

8%

wateroplosbaar Gliadinen Gluteninen 40%

40%

wateronoplosbaar, alcoholoplosbaar

Gluten Gliadinen α-Gliadins β-Gliadins γ-Gliadins ω-Gliadins

Gluteninen HMWGS LMWGS

40–45 % van endosperm eiwit

5–10 %

20–30 %

30 – 75 kDa

80 – 120 kDa

30 – 75 kDa

Bakkwaliteit






Elastisch en visceus Kneden deeg  vorming moleculaire netwerken Groot gasvasthoudend vermogen  rijzen deeg

Gluten


Glutamine en proline rijke peptiden Protein source αgliadin HMWglutenin αgliadin

γgliadin

LMWglutenin unknown

Epitope QGSFQPSQQ QGYYPTSPQ PFPQPQLPY (α9) PQPQLPYPQ (α2) FRPQQPYPQ (α20) PQQSFPQQQ (γ1) FPQQPQQPF (γ2) IQPQQPAQL (γ30) FSQQQQSPF (glt156) FSQQQQQPL (glt17) QLPQQPQQF (glu5)

Coeliakie








1% van de bevolking Tcell gemedieerde ziekte van de dunne darm Oorzaak: gluten peptiden activeren Tcellen Symptomen: diarree, slechte opname voedingsstoffen, gewichtsverlies, Remedie: levenslang glutenvrij dieet

Testen tarwevarieteiten en soorten

Hypoallergene kat (Allerca 2005)






Kattenallergie: 10% US Bron van asthma en bronchitis Allergenen in huid en speeksel (stabile eiwitten) Gene silencing ter verlaging allergeniciteit Stort $250 nu en betaal de rest ($3,250) in 2008 voor een gesteriliseerde, hypoallergene kat




Dank u