Propiedades implicadas en la alergenicidad de proteínas alimentarias. Efecto del procesado.

Transcripción

1 Propiedades implicadas en la alergenicidad de proteínas alimentarias. Efecto del procesado. F. Javier Moreno Instituto de Fermentaciones Industriales (CSIC) Vitoria, 13 de diciembre de 2007

2 Esquema de la presentación i. Alimentos con un mayor índice de alergenicidad. ii. iii. iv. Principales alérgenos de origen animal y vegetal. Propiedades implicadas en la alergenicidad de proteínas alimentarias. Empleo del procesado de alimentos en la reducción de la alergenicidad. v. Líneas de evolución.

3 Qué alimentos están implicados? Alrededor de 200 alimentos descritos causantes de reacciones alérgicas [Hefle y col., Critical Reviews in Food Science and Nutrition 36, S69, 1996]. Cacahuetes 10% Resto 90% "Top Eight" Frutos secos Mariscos Pescados Huevos Leche y derivados Soja y derivados Trigo y cereales

4 Incidencia de episodios alérgicos Niños ~6%; Adultos 3-4% [Sampson, Journal of Allergy and Clinical Immunology 113, 805, 2004] Incidencia de alergias alimentarias en Estados Unidos. Alimento Niños Adultos Leche 2.5% 0.3% Huevos 1.3% 0.2% Cacahuetes 0.8% 0.6% Frutos secos 0.2% 0.5% Pescado 0.1% 0.4% Marisco 0.1% 2.0% Total 6% 3.7%

5 Incidencia de episodios alérgicos Dificultad de determinar el nivel exacto de incidencia debido al uso de diversas metodologías. Proyecto europeo Grado de incidencia de recién nacidos en 12 paises de la UE Mills y col., Allergy 62, 717, 2007

7 Principales alérgenos de origen animal Presentes únicamente en 11 de las 9318 familias de proteínas recogidas en la base de datos Pfam ( [Finn y col., Nucleic Acids Research 34, D247, 2006]

8 Principales alérgenos de origen animal Familia Tropomiosinas Parvalbúminas Alimento Moluscos y crustáceos Pescado Lipocalinas (β-lactoglobulina) Caseinas Glicosil hidrolasas 22 (αlactoalbúmina) Inhibidores de serinaproteasas (Kazal) (ovomucoide) Serpinas (ovoalbúmina) Leche Huevo

9 Principales alérgenos de origen vegetal Presentes únicamente en 31 de las 9318 familias de proteínas recogidas en la base de datos Pfam ( [Finn y col., Nucleic Acids Research 34, D247, 2006]

10 Principales alérgenos de origen vegetal 65% de los alérgenos de origen vegetal Jenkins y col., Journal of Allergy and Clinical Immunology 115, 163, 2005

11 Principales alérgenos de origen vegetal Familia Prolaminas (2S albúminas; Proteínas de transferencia de lípidos; Inhibidores de tripsina y α-amilasa; Proteínas de reserva de cereales) Cupinas (Vicilinas, Leguminas, Germinas) Profilinas Homólogos de Bet v 1 Alimento Frutos secos, semillas de aceites, frutas, etc Frutos secos, soja, etc. Frutas Frutos secos, frutas

13 Proteínas alimentarias: Qué las convierte en alérgenos? Abundancia de la proteína en el alimento. Estables al procesado de alimentos. Resistentes a las condiciones del tracto gastrointestinal (ph ácido, proteasas, acción de surfactantes). Tamaño y estructura de la proteína. Capacidad de alcanzar y estimular el sistema inmunológico para producir una reacción alérgica.

14 Proteínas alimentarias: Qué las convierte en alérgenos? Abundancia de la proteína en el alimento Todos los alérgenos principales de alimentos indispensables en la dieta humana (leche, huevo, patatas ) representan entre el 20-60% del contenido proteico total. Ovoalbúmina: Mayoritaria en la clara de huevo (54% fracción proteica total). Patatina: 40% de la fracción proteica soluble en agua en patatas. Excepciones: 1.- Alérgenos principales sin presentar gran abundancia: parvalbúmina en pescado. 2.- Proteínas abundantes que no son alérgenos: Rubisco (plantas); actina/miosina (carne) etc

15 Proteínas alimentarias: Qué las convierte en alérgenos? Estabilidad al procesado de alimentos Gran parte de alimentos se ingieren cocinados y no crudos. Mayoría de alérgenos alimentarios estructuralmente estables al efecto del procesado convencional. Excepciones: 1.- Alérgenos lábiles al procesado como los presentes en frutas y verduras. 2.- Proteínas muy estables al procesado que no son alérgenos (inhibidores de proteasas en leguminosas)

16 Proteínas alimentarias: Qué las convierte en alérgenos? Resistentes a las condiciones del tracto gastrointestinal Mayoría de alérgenos alimentarios sensibilizan a través del tracto gastrointestinal y son estables a ph extremos (ácidos) y proteolisis. Resistencia a la digestión con pepsina es un parámetro relevante para evaluar la alergenicidad de proteínas. Sin embargo: No todas las proteínas estables a digestión son alérgenos. No todos los alérgenos son (aparentemente) estables a la digestión. Ejemplos prácticos: 1. Alérgenos estables a la digestión con pepsina. 2. Alérgenos digeridos rápidamente con pepsina pero con fragmentos estables. 3. Alérgenos lábiles a la digestión con pepsina. [ Alérgenos incompletos ].

17 Proteínas alimentarias: Qué las convierte en alérgenos? Resistentes a las condiciones del tracto gastrointestinal 1.- Alérgenos estables a digestión con pepsina 7S globulina (soja) 2S albúmina (cacahuete) 2S albúmina (mostaza) β-lactoglobulina (leche) Astwood y col., Nature Biotechnology 14, 1269, 1996

18 Proteínas alimentarias: Qué las convierte en alérgenos? Resistentes a las condiciones del tracto gastrointestinal 2.- Alérgenos rápidamente digeridos con pepsina pero con fragmentos estables Seroalbúmina (leche) Thomas y col., Regulatory Toxicology and Pharmacology 39, 87, 2004 α-lactoalbúmina (leche) Moreno y col., Journal of Agricultural and Food Chemistry 53, 9810, 2005 Fragmentos generados durante la digestión gastrointestinal podrían tener capacidad de unión a IgE.

19 Proteínas alimentarias: Qué las convierte en alérgenos? Resistentes a las condiciones del tracto gastrointestinal 3.- Alérgenos lábiles a pepsina: Alérgenos incompletos Alérgenos completos. Capacidad de sensibilizar a través del aparato digestivo y de provocar la reacción alérgica. Alérgenos incompletos. Capacidad de provocar la reacción alérgica pero no de sensibilizar a través del aparato digestivo. Síntomas en pacientes sensibilizados previamente por vía respiratoria, cutánea, etc. Lábiles a enzimas proteolíticas Aalberse, Environmental Toxicology and Pharmacology 4, 55, 1997

20 Proteínas alimentarias: Qué las convierte en alérgenos? Resistentes a las condiciones del tracto gastrointestinal 3.- Alérgenos lábiles a pepsina: Alérgenos incompletos Moreno, Biomedicine & Pharmacotherapy 61, 50, 2007 Reactividad cruzada con otros alérgenos no alimentarios. Responsables del síndrome de la alergia oral [síntomas zona bucofaríngea]. Alergia Látex-Frutas: plátano, piña, kiwi, patatas, aguacate. Alergia Polen-Vegetales: manzana, pera, zanahoria, apio, melocotón

21 Proteínas alimentarias: Qué las convierte en alérgenos? Resistentes a las condiciones del tracto gastrointestinal Necesidad desarrollo test de digestión in vitro que consideren factores fisiológicos: 1.- Relación adecuada enzima : alérgeno. 2.- Evaluación del efecto matriz del alimento. 3.- Adición de surfactantes (fosfolípidos). 4.- Digestión con otras enzimas proteolíticas intestinales. 5.- Combinar con inmunoensayos para elucidar la inmunorreactividad de los fragmentos de considerable peso molecular originados tras la digestión gastrointestinal.

22 Proteínas alimentarias: Qué las convierte en alérgenos? Tamaño y estructura de la proteína Carácter multivalente de alérgenos. Multiplicidad de epítopos: un alérgeno debe contener como mínimo dos epítopos, cada uno con al menos 15 aminoácidos, para hacer posible la interacción antígeno (alérgeno) anticuerpo. [Huby y col., Toxicological Sciences 55, 235, 2000]. Peso molecular mayoría alérgenos entre kda. No existe ningún plegamiento estructural determinado que esté asociado per se a la alergenicidad de proteínas.

23 Proteínas alimentarias: Qué las convierte en alérgenos? Tamaño y estructura de la proteína Aalberse, Journal of Allergy and Clinical Immunology 106, 228, 2000

24 Esquema de la presentación i. Alimentos con un mayor índice de alergenicidad. ii. iii. Principales alérgenos de origen animal y vegetal. Propiedades implicadas en la alergenicidad de proteínas alimentarias. iv. Empleo del procesado de alimentos en la reducción de la alergenicidad. v. Líneas de evolución.

25 Efecto del procesado sobre la alergenicidad Durante el procesado: 1.- Cambios físicos (temperatura, presión etc.). 2.- Cambios químicos-bioquímicos (ph extremos, enzimas). 3.- Fermentación. Cómo afectan estos procesos a las proteínas (alérgenos)?: 1.- Desnaturalización (desplegamiento) y posterior agregación. 2.- Interacción con otros ingredientes (adsorción a lípidos). 3.- Modificaciones covalentes (glicación, prod. oxidación lípidos).

26 Efecto del procesado sobre la alergenicidad El procesado de alimentos puede modificar: 1.- El poder de sensibilización del alérgeno debido a la alteración: - de su digestibilidad en el tracto gastrointestinal. - de su presentación al sistema inmunológico. 2.- La capacidad de desencadenar la reacción alérgica del alérgeno debido a la alteración: - de la estructura de sus epítopos IgE [destruir epítopos existentes, modificar o generar nuevos ( formación de neoalérgenos )].

27 Efecto del procesado sobre la alergenicidad Reducción de la alergenicidad a través del procesado 1.- Eliminación física del alérgeno. 2.- Hidrólisis enzimática. 3.- Tratamientos térmicos. 4.- Tratamientos alternativos (modificación genética).

28 Efecto del procesado sobre la alergenicidad 1.- Eliminación física del alérgeno. Reducción de la alergenicidad del zumo de melocotón (Pru p 3). Néctares de melocotón comerciales Pelado (químico) SDS-PAGE INMUNOBLOTTING SDS-PAGE INMUNO BLOTTING Tratamiento térmico 121ºC 10 y 30 min Brenna y col., Journal of Agricultural and Food Chemistry 48, 493, 2000

29 Efecto del procesado sobre la alergenicidad 2.- Hidrólisis enzimática. Reducción de la alergenicidad de las semillas de soja M=Estándar Pm C= Control (no proteasa) 1= Newlasa F SDS-PAGE INMUNOBLOTTING 2= Proteasa M 3= Proteasa A 4= Proteasa N 5= Proteasa P 6= Proteasa S 7= Pancreatina 8= Proleather Mayor grado hidrólisis Gly m Bd 30k Yamanishi y col., Journal of Nutritional Science Vitaminology 42, 581, 1996

30 Efecto del procesado sobre la alergenicidad 3.- Tratamientos térmicos. Alérgeno del cacahuete 7S globulina (Ara h 1) FORMACIÓN DE TRIMEROS EPÍTOPOS CERCA DE LA ZONA DE CONTACTO MONÓMERO- MONÓMERO Maleki y col., Journal of Immunology 164, 5844, 2000

31 Efecto del procesado sobre la alergenicidad 3.- Tratamientos térmicos. Alérgeno del cacahuete 7S globulina (Ara h 1) INMUNOBLOTTING Incidencia alergia a cacahuetes 0.6-1% USA y UE. (Sicherer y col., 2003, J Allergy Clin Immunol 112, 1203). Indices muy bajos de episodios alérgicos en China. Consumo muy elevado en ambos paises. USA: tostados. China: Hervidos. B=Hervido (Agua 100ºC / 20min) Beyer y col., Journal of Allergy and Clinical Immunology 107, 1077, 2001 R=Tostado (170ºC / 20min)

32 Efecto del procesado sobre la alergenicidad 4.- Tratamientos alternativos (modificación genética). Soja transgénica (alérgeno Gly m Bd 30k) Control Línea transgénica silenciada Gly m Bd 30k Herman y col., Plant Physiology 132, 36, 2003

33 Efecto del procesado sobre la alergenicidad 4.- Tratamientos alternativos (modificación genética). Tomates transgénicos (alérgeno LTP) Le y col., Plant Biotechnology Journal 4, 231, 2006

35 Qué nos depara el futuro? Alérgenos alimentarios: Pueden provocar una respuesta inmune en individuos sensibilizados a dosis muy bajas. Dosis necesaria: Muy variable [incluso cantidades traza] Individuo Alérgeno Matriz alimento Alimentos hipoalergénicos: Eliminación completa del alérgeno

36 Qué nos depara el futuro? Eliminación completa del alérgeno del alimento Disminución contenido alérgeno materia prima Selección variedades contenido naturalmente bajo Desarrollo estrategias de cultivo reduzcan niveles alérgeno

37 Qué nos depara el futuro? Eliminación completa del alérgeno del alimento PURIFICACIÓN E IDENTIFICACIÓN Ausencia de datos estructurales de alérgenos y epítopos Obtención de información a nivel estructural y bioquímico de alérgenos alimentarios Genómica / Proteómica Predicción de alergenicidad

38 Qué nos depara el futuro? Eliminación completa del alérgeno del alimento DETECCIÓN Desarrollo de inmunoensayos eficaces para la detección de alérgenos Mejor correlación métodos in vitro y manifestación de síntomas (in vivo)

39 Muchas gracias Eskerrik asko!""#