Feuerbrand Allergene: Nachweis von stress-induzierbaren Allergenen in infizierten Äpfeln im Vergleich zu gesunden Früchten
Projektleitung
Karin Hoffmann-Sommergruber
Forschungseinrichtung
Medizinische Universität Wien, Institut für Pathophysiologie
Projektnummer
1383Projektlaufzeit
-
Finanzierungspartner
Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft
Allgemeine Projektinformationen
Projektziele
Bestimmen des Allergengehaltes in Äpfeln mit bereits etablierten Methoden im Besonderen bei Feuerbrand infizierten Pflanzen, mit Pflanzenschutzmaßnahmen behandelten Pflanzen und bei unbehandelten Pflanzen.
Das ggstl. Projekt stellt die praktische Verwertbarkeit von Tests und Screeningassays dar, die in vorangegangenen Projekten etabliert worden sind. Es ist die Weiterführung der Arbeit, auf dem Gebiet der Evaluierung von Nahrungsmitteln auf deren Allergengehalt. Andererseits soll mit diesen Tests auch neuentwickelte Strategien zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten am Beispiel von Feuerbrand evaluiert werden und deren möglicher Einfluss auf den Allergengehalt in Früchten.
Einzelne Nahrungsmittelallergene aus dem Apfel (Mal d 1 - Mal d 4) sind bereits bekannt. Bei Pathogenbefall und ähnlichen Stresssituationen werden Mal d 1, Mal d 2 und Mal d 3 hinaufreguliert. Mal d 4 hingegen, Apfelprofilin ist ein cytoskelettassoziiertes Protein und scheint durch Pathogenbefall nicht vermehrt exprimiert zu werden. Werden geeignete Strategien zur Vermeidung von Infektionskrankheiten entwickelt so sind diese Behandlungsmethoden ebenso auf ihren Einfluss auf den Allergengehalt zu prüfen. Zur Zeit ist darüber nichts bekannt. Mit geeigneten Screeningmethoden sollen die einzelnen Allergene in den Früchten nachgewiesen werden. Diese Screeningmethoden umfassen einerseits den Nachweis der Proteine mit spezifischen tierischen Antikörpern und andererseits die Untersuchung der allergenen Wirksamkeit durch Bindungsreaktionen mit humanen spezifischen IgE Antikörpern aus Seren von Allergikern. Mit diesen Daten soll sowohl der Einfluss der Infektionskrankheit am Beispiel von Feuerbrand einerseits als auch der Schutzmaßnahmen andererseits auf den Allergengehalt von Früchten geprüft werden. Als Untersuchungsmaterial wurden 2 verschiedene Apfelkultivare ausgewählt: Malus domestica var. Golden delicious als Vertreter einer relativ wenig anfälligen Sorte und Malus domestica var. Topaz als Vertreter einer anfälligen Sorte des Tafelobstes gegenüber Feuerbrand, der durch das Bakterium Erwinia amylovora verursacht wird. Die Apfelproben werden aus einer Obstanlage (Intensivanbau, 10ha) gewonnen, wobei die Proben von markierten Bäumen in einer Reihe gezogen werden, um den Einfluss der Umweltbedingungen gleich zu halten. Die Pflanzenschutzversuche werden an ausgewählten Bäumen unter Einhaltung eines genauen Zeitschemas durchgeführt. Es werden Äpfel von infizierten Bäumen (genau beschriebene Infektionsstatus) verwendet. Nach der Ernte werden die Äpfel unter kontrollierten Bedingungen gelagert und transportiert.
Das ggstl. Projekt stellt die praktische Verwertbarkeit von Tests und Screeningassays dar, die in vorangegangenen Projekten etabliert worden sind. Es ist die Weiterführung der Arbeit, auf dem Gebiet der Evaluierung von Nahrungsmitteln auf deren Allergengehalt. Andererseits soll mit diesen Tests auch neuentwickelte Strategien zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten am Beispiel von Feuerbrand evaluiert werden und deren möglicher Einfluss auf den Allergengehalt in Früchten.
Einzelne Nahrungsmittelallergene aus dem Apfel (Mal d 1 - Mal d 4) sind bereits bekannt. Bei Pathogenbefall und ähnlichen Stresssituationen werden Mal d 1, Mal d 2 und Mal d 3 hinaufreguliert. Mal d 4 hingegen, Apfelprofilin ist ein cytoskelettassoziiertes Protein und scheint durch Pathogenbefall nicht vermehrt exprimiert zu werden. Werden geeignete Strategien zur Vermeidung von Infektionskrankheiten entwickelt so sind diese Behandlungsmethoden ebenso auf ihren Einfluss auf den Allergengehalt zu prüfen. Zur Zeit ist darüber nichts bekannt. Mit geeigneten Screeningmethoden sollen die einzelnen Allergene in den Früchten nachgewiesen werden. Diese Screeningmethoden umfassen einerseits den Nachweis der Proteine mit spezifischen tierischen Antikörpern und andererseits die Untersuchung der allergenen Wirksamkeit durch Bindungsreaktionen mit humanen spezifischen IgE Antikörpern aus Seren von Allergikern. Mit diesen Daten soll sowohl der Einfluss der Infektionskrankheit am Beispiel von Feuerbrand einerseits als auch der Schutzmaßnahmen andererseits auf den Allergengehalt von Früchten geprüft werden. Als Untersuchungsmaterial wurden 2 verschiedene Apfelkultivare ausgewählt: Malus domestica var. Golden delicious als Vertreter einer relativ wenig anfälligen Sorte und Malus domestica var. Topaz als Vertreter einer anfälligen Sorte des Tafelobstes gegenüber Feuerbrand, der durch das Bakterium Erwinia amylovora verursacht wird. Die Apfelproben werden aus einer Obstanlage (Intensivanbau, 10ha) gewonnen, wobei die Proben von markierten Bäumen in einer Reihe gezogen werden, um den Einfluss der Umweltbedingungen gleich zu halten. Die Pflanzenschutzversuche werden an ausgewählten Bäumen unter Einhaltung eines genauen Zeitschemas durchgeführt. Es werden Äpfel von infizierten Bäumen (genau beschriebene Infektionsstatus) verwendet. Nach der Ernte werden die Äpfel unter kontrollierten Bedingungen gelagert und transportiert.
Praxisrelevanz
Die im Projekt erstellten Screeningmethoden sollen einerseits den Effekt einer Feuerbrandinfektion von Obstbäumen auf den Allergengehalt in Äpfeln hinsichtlich einzelner Allergene evaluieren. Gleichzeitig sollen auch die entsprechenden Pflanzenschutzmaßnahmen untersucht werden und deren Einfluss auf den Allergengehalt der Früchte.
Dieses Forschungsprojekt ist als Begleitmaßnahme und Evaluierungselement für das Projekt von Dr. M. Keck von der Österreichischen Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit (AGES) zu sehen.
Darüber hinaus sollte es als Beitrag gesehen werden in Zukunft auch einem Nahrungsmittelallergiker gesunde und vitaminreiche Nahrung anzubieten mit einem definierten Allergengehalt. Diese Untersuchungen sollen dazu beitragen Aussagen zu treffen wieweit Kulturbedingungen im Obstbau einen Einfluss auf den Allergengehalt der Früchte haben und welche Maßnahmen zur Reduktion des Allergengehalts beitragen können.
Dieses Forschungsprojekt ist als Begleitmaßnahme und Evaluierungselement für das Projekt von Dr. M. Keck von der Österreichischen Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit (AGES) zu sehen.
Darüber hinaus sollte es als Beitrag gesehen werden in Zukunft auch einem Nahrungsmittelallergiker gesunde und vitaminreiche Nahrung anzubieten mit einem definierten Allergengehalt. Diese Untersuchungen sollen dazu beitragen Aussagen zu treffen wieweit Kulturbedingungen im Obstbau einen Einfluss auf den Allergengehalt der Früchte haben und welche Maßnahmen zur Reduktion des Allergengehalts beitragen können.
Berichte
Kurzfassung
Der Apfel ist europaweit die am häufigsten konsumierte Obstsorte und ist das ganze Jahr hindurch erhältlich. Jedoch groben Schätzungen nach sind rund 1 Million Europäer Apfelallergiker. Zur Zeit sind vom Apfel (Malus domestica) 4 verschiedene relevante Allergene bereits identifiziert worden. Die bereits bekannten Allergene sind Mal d 1, Mal d 2, Mal d 3 und Mal d 4. Davon sind Mal d 1, Mal d 2 und Mal d 3 Mitglieder verschiedener Familien der „pathogenesis-related proteins“ (PR-Protein), Proteine, die durch Stress oder Pathogenbefall vermehrt in der Pflanze produziert werden. Daher wurde im Rahmen des Forschungsschwerpunktes Feuerbrand (Erwinia amylovora) das allergene Potential von verschiedenen Apfelsorten untersucht. Es wurden Äpfel von infizierten und gesunden Bäumen herangezogen.
Die Versuche konzentrierten sich auf Mal d 1, dem Hauptallergen des Apfels. Dieses Allergen wird von mehr als 90% der Apfelallergiker in Mitteleuropa erkannt. Mal d 1 wurde aus verschiedenen Apfelsorten (Topaz, Elstar und Golden Delicious), die zum Teil von infizierten Bäumen stammten, mittels Westernblot, IgE-Immunblot, IgE-ELISA, PCR und Real time PCR bestimmt. Da Golden Delicous in den Ernten 2004 und 2005 nicht mehr verfügbar war, wurden zusätzlich Sämlinge im Glashaus angesetzt und mit E. amylovora infiziert. Mittels ELISA konnte gezeigt werden, dass Mal d 1 in allen Apfelproben zu detektieren war, und dass der Gehalt stark variierend und cultivarabhängig war, wobei die niedrigsten Werte Topaz hatte, höhere Mal d 1 Werte waren bei Elstar zu finden und die höchsten Werte wies die Sorte Idared auf. Proben von E. amylovora infizierten Bäumen zeigen durchwegs höhere Mal d 1 Werte. Auch die Behandlung mit Hefepräparaten (Aureobasidium pullulans) bewirkt höheren Mal d 1 Gehalt in den Apfelproben im Vergleich zu Proben von nicht infizierten Bäumen. Mittels PCR konnten die mRNA für die Isoformen von Mal d 1 der Subgruppen 1-3 in allen Äpfeln nachgewiesen werden, nicht hingegen die Subgruppe Mal d 1.04. Auf der m-RNA Ebene konnte auch Mal d 1 vermehrt bei Proben von E. amylovora infizierten Bäumen gemessen werden im Vergleich zu Äpfeln von nicht infizierten Bäumen. Dabei wurden sowohl Isoformen der Gruppe Mal d 1.01 als auch der Gruppe Mal d 1.02 hinaufreguliert, was auf einen ähnlichen Induktionsmechanismus und oder Promoterstrukturen deutet. Bei zusätzlicher Hefebehandlung war der Mal d 1 Gehalt ebenfalls erhöht, aber niedriger als bei E. amylovora Infektion alleine.
Zusammenfassend kann man anhand dieser Untersuchungen schließen dass, sowohl eine Infektion mit E. amylovora als auch die Schutzbehandlung mit Hefe (Aureobasidium pullulans) einen Pathogenbefall darstellt, der in der Pflanze sowohl die mRNA für Mal d 1 als auch den Proteingehalt von Mal d 1 hinaufreguliert. Dieser Effekt ist bei Doppelinfektion zwar niedriger als bei einer Einzelinfektion von E. amylovora, aber noch immer deutlich höher als bei Proben von nicht infizierten Bäumen.
Da Mal d 1 allergen wirksam ist, stellt sich die Frage, ob mit einer Infektion von E. amylovora und der Bekämpfungsmaßnahme mittels eines Hefepräparates auch das Allergierisiko beim Verzehren solcher Äpfel erhöht wird. Der Mal d 1 Gehalt ist primär stark sortenabhängig. Da die erhobenen Daten für die Sorten Topaz und Elstar noch immer deutlich unter den Werten anderer Cultivare (von nicht infizierten Bäumen) lagen, ist nach heutigem Wissenstand nicht mit einem erhöhten Allergierisiko zu rechnen.
Publikationen
Alle Publikationen wurden vom Projektverantwortlichen eingetragen und liegen in dessen Verantwortung.