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DAAB - Deutscher Allergie- und Asthmabund e.V.
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Das LACoP Projekt

Was ist LACoP?

LACoP steht für „Low Allergen Containing Plants“ (Pflanzen mit reduziertem Allergengehalt) und ist ein Forschungsprojekt, das von der Hochschule Hannover initiiert wurde und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird. Anlass und Voraussetzung für das Projekt war, dass die Erbinformation von Pflanzen genau entschlüsselt werden konnte. Aufgrund der Zunahme der Nahrungsmittelallergien in der Bevölkerung, entstand die Idee, neue Züchtungsverfahren zu entwickeln, durch die allergene Bestandteile in Pflanzen reduziert bzw. eliminiert werden können, so dass diese Pflanzen und gegebenenfalls daraus hergestellte Lebensmittel dann für allergische Patienten nicht mehr allergieauslösend sind. 

Das interdisziplinäre Konsortium des Projekts unter Leitung der Leipniz Universität Hannover umfasst Experten aus den Bereichen Pflanzenforschung, Biochemie, Biotechnologe und Bioinformatik, Medizin, Allergendiagnostik und Allergenanalytik und den DAAB als Patienten-/ Verbrauchervertreter.

Konventionelle Züchtung

Hierunter versteht man die klassische Auslese von Pflanzen, die ein oder mehrere gewünschte Merkmale am stärksten ausprägen (z.B. eine Pflanze, die auch bei Trockenheit überlebt und gleichzeitig resistent gegen bestimmte Schädlinge ist). Um dies zu erreichen, können verschiedene Verfahren angewendet werden. Pflanzen mit den zwei gewünschten Merkmalen werden gekreuzt und die vorteilhaftesten Nachkommen werden ausgewählt und weitergezüchtet. Zur konventionellen Züchtung gehört auch das Hervorrufen von Mutationen, indem die Pflanzen mit chemischen Substanzen oder Strahlung behandelt werden.

Gentechnik

Bei der klassischen Gentechnik werden neue, meist artfremde, Gene ins Erbgut einer Pflanze eingeschleust um die gewünschten Effekte zu erreichen.

Genome Editing

Auch das Genom-Editing zählt als neues Züchtungsmethode zu den gentechnischen Verfahren. Es zeichnet sich dadurch aus, dass Erbgut (die DNA) nur minimal verändert wird, indem einzelne Basen der DNA oder kurze Sequenzen ausgetauscht oder gelöscht werden. Eine Methode des Genome-Editings ist das sogenannte CRISPR/Cas9-System, mit dem kurze Bestandteile gezielt aus der DNA herausgeschnitten werden können (z.B. diejenigen, die für die Bildung der allergenen Proteine zuständig sind).

addremove Teilprojekt 1-1

Pharmaproteine aus Mikroalgen und Wasserlinsen

Dr. Thomas Reinard, Leibniz Universität Hannover, Institut für Pflanzengenetik


Die Arbeitsgruppe von Dr. Reinard, am Institut für Pflanzengenetik der Leibniz Universität Hannover, produziert Pflanzen mit besonderen Eigenschaften. Diese Pflanzen stellen Proteine her, die in der Medizin und der Arzneimittelforschung eingesetzt werden sollen. Dazu gehören neben Antikörpern, mit denen bestimmte Krankheitserreger nachgewiesen werden können, oder Proteinen, die bei der Kultivierung menschlicher Zellkulturen wichtige Funktionen übernehmen, auch bestimmte Proteine, wie das Speicherprotein der Erdnuss Ara h 1 oder das des Senf Bra j 1.

Hergestellt werden diese Proteine mit Hilfe von anderen Pflanzen. Diese haben gegenüber tierischen „Produktionssystemen“ viele Vorteile wie die kostengünstige Herstellung. Allerdings gibt es auch einige Nachteile, denn Pflanzen enthalten viele Fasern, welche die Aufreinigung der pharmazeutisch wirksamen Substanzen deutlich erschweren. Zudem enthalten sie viele Sekundärstoffe, die zwar in Lebensmitteln für Geschmack sorgen und gesund sind, aber die Anwendung im Bereich Pharmazeutika sehr stören. Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, werden die Pharmaproteine ausschließlich in zwei winzigen Pflanzenarten produziert: Mikroalgen wie Chlamydomonas können leicht in geschlossenen Gefäßen steril angezogen werden. Sie sind einzellige Organismen und enthalten demzufolge keine Fasern. Allerdings benötigen sie viel Licht und Wärme und stellen relativ einfach strukturierte Organismen dar, die z.B. nicht alle Pharmaproteine korrekt herstellen können. Wasserlinsen (auch Entengrütze genannt) sind – trotz ihres reduzierten Körperbaus – hoch entwickelte Blütenpflanzen. Sie sind anspruchslos und können sich extrem schnell vermehren (mit einer Verdoppelungsrate von ca. 40 Stunden). Die favorisierte Pflanze, Wolffia australiana, kann ebenfalls in geschlossenen Gefäßen steril gehalten werden und wächst sowohl untergetaucht als auch an der Wasseroberfläche.

Im Rahmen von LACoP wird die Arbeitsgruppe die Allergene Ara h 1 (Erdnuss) und Bra j 1 (Senf) in diesen Pflanzen produzieren. Auf diese Weise können die Allergene, welche für alle nachfolgenden Arbeiten benötigt werden, schnell und mit hoher Präzision hergestellt werden. Im weiteren Projektverlauf werden Allergene gezüchtet, welche die Allergie-auslösenden Bereiche (Epitope) nicht mehr enthalten. Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob solche veränderten Proteine noch eine allergische Reaktion auslösen können.

Wasserlinsen auf Petrischale

addremove Teilprojekt 1-2

Genome Editing

Prof. Dr. Jens Boch, Leibniz Universität Hannover, Institut für Pflanzengenetik


Jede Art von Pflanzenzüchtung zielt auf eine Änderung des Erbguts der jeweiligen Pflanze ab. Genome Editing als neue Methode erlaubt erstmals einen gezielten Eingriff ins Erbgut, während die althergebrachten Methoden auf die Schrotschussmethode setzten und sehr viele ungewollte Veränderungen im Erbgut hervorrufen. Dadurch wird die Pflanzenzüchtung nicht nur einfacher und schneller, sondern auch sicherer. Das bekannteste Werkzeug des Genome Editing ist derzeit CRISPR/Cas. In diesem Projekt wird Genome Editing eingesetzt, um Lebensmittel sicherer zu machen.

Dafür wurden zwei Pflanzen ausgewählt, die Allergien hervorrufen können, Erdnuss und Senf. Mit Hilfe der CRISPR/Cas-Technologie werden die Bereiche im Erbgut der Pflanzen verändert, die die Bildung von solchen Proteinen kontrollieren, die Allergien hervorrufen. Für Erdnuss und Senf wurden zwei Proteine ausgewählt (Arah1 und Braj1), die im Samen als Speicher eingelagert werden. Wie mit einer exakten Schere werden zuerst nur die Abschnitte der Proteine verändert, die die allergische Reaktion hervorrufen. Dabei wird erforscht, welche Abschnitte der Erdnuss- und Senfproteine genau allergischen Menschen Probleme bereiten, während verwandte Proteine aus anderen Pflanzen keine Allergien auslösen. Dies hilft zu verstehen, warum unser Immunsystem mit bestimmten Pflanzenbestandteilen aus der Umwelt nicht zurechtkommt. Mit Genome Editing werden dann diese potenziell gefährlichen Bestandteile der Proteine entschärft oder ganz entfernt.

In der Erdnuss löst leider nicht nur ein Protein allergische Symptome aus, sondern mehrere. Daher wird Schritt für Schritt gemacht, um die allergieauslösenden Bestandteile zu entfernen. Auch eine Erdnuss, die bereits weniger allergen ist, ist überaus nützlich, denn sie könnte zur Oralen Immuntherapie bei Patienten eingesetzt werden. Im täglichen Gebrauch würde sie zudem bei unbeabsichtigtem Verzehr bei Allergikern weniger starke Reaktionen hervorrufen. Diese Projekt- Arbeit ist daher ein wichtiger Schritt auf dem Weg Erdnuss, Senf und möglicherweise viele weitere Lebensmittel sicherer zu machen. 

addremove Teilprojekt 2

Sprossbildung an Pflanzenteilen von Senf und Erdnuss als Voraussetzung für die Übertragung genetischer Informationen

Prof. Dr. Traud Winkelmann, Leibniz Universität Hannover, Institut für Gartenbauliche Produktionssysteme


Jede Zelle einer Pflanze enthält in ihrem Zellkern alle Erbinformationen, die zur Bildung einer neuen Pflanze notwendig sind. Diese Tatsache ermöglicht einen außergewöhnlichen Vorgang, der Regeneration genannt wird und u.a. die Entstehung von neuen Pflanzen aus Einzelzellen oder Gruppen von Zellen beschreibt. Im Projekt LACoP wird es darum gehen, optimale Bedingungen für die Sprossregeneration bei Senf und Erdnuss zu entwickeln.

Eine Zelle, die im Gewebeverband eines Blattes bestimmte Funktionen erfüllt, muss dazu ihre Bestimmung aufgeben, neu programmiert werden, Teilungen durchlaufen und dann neue Organe bilden, bis eine komplette Pflanze entstanden ist. Besonders effizient zunutze macht sich der Mensch die Sprossregeneration in pflanzlichen In-vitro-Kulturansätzen. In-vitro-Kultur meint die Kultur unter aseptischen Bedingungen auf Nährmedien. Über die Wahl der Wachstumsregulatoren (pflanzliche Hormone) kann man bei vielen Pflanzenarten zum Beispiel aus kleinen Blattstücken, die nicht größer als ein Karo auf einem karierten Papier sind, eine große Anzahl an Pflanzen gewinnen - und das in kurzer Zeit und auf kleinem Raum. Es müssen allerdings für jede Pflanzenart in arbeitsaufwändigen Versuchsreihen zunächst die geeigneten Nährmedien und Hormonzusammensetzungen sowie Licht- und Temperaturbedingungen ermittelt werden. Wenn dies gelungen ist, wird die Sprossregeneration die Basis sein, um in die Pflanzenzellen zunächst mit dem Bodenbakterium Agrobacterium tumefaciens die gewünschten Gene zu übertragen und aus den so transformierten Zellen Sprosse zu gewinnen.

addremove Teilprojekt 3

Rekombinante Antikörper

Prof. Dr. Michael Hust, Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik


Antikörper werden in der Diagnose von Allergien eingesetzt, z.B. beim RAST-Test einer Blutuntersuchung allergischer Patienten, und auch beim Nachweis von Allergenen in Lebensmitteln. Im dritten Teilprojekt werden künstlich hergestellte Antikörper gegen die Allergene entwickelt. Dies geschieht mit einer Technologie, die ohne den Einsatz von Tieren von statten geht und gezielt Antikörper gegen beliebige Zielmoleküle selektiert. Diese so genannten rekombinanten Antikörper werden für die Diagnostik der Senf- und Erdnussallergene benötigt. Somit ist eine Nachweismöglichkeit vorhanden, ob in den Pflanzen mit reduziertem Allergengehalt die Allergene erfolgreich entfernt wurden. Weiterhin ist ein diagnostischer Nachweis dieser Allergene bei konventionellen Pflanzen und in Lebensmittelprodukten möglich.

Die Entwicklung dieser Antikörper erfolgt in vitro, also im Reagenzglas. Dazu benutzt man Phagen (Viren, die bestimmte Bakterien infizieren), die die Bindungsstelle für den Antikörper an der Oberfläche tragen. Im Phagen befindet sich der genetische Bauplan für den Antikörper. Diese so genannte Phagenbibliothek wird mit den Allergenen oder Teilen davon in Verbindung gebracht. Alle Phagen, die nicht an das Allergen binden, werden weggewaschen. Dieser Vorgang heißt Panning. Die Antikörper, die das Allergen erkennen, können danach mit einem spezifischen Nachweis (ELISA) erkannt werden. Bei dieser Methode erhält man auch den Bauplan für den Antikörper und kann damit ganze Antikörper oder Antikörper-ähnliche Moleküle konstruieren (Antikörper Engineering) und produzieren. Die Produktion dieser Antikörper für die diagnostischen Nachweise erfolgt im Labor in Zellkultur.

Panning Schema – Grafik

addremove Teilprojekt 4

Bestätigung des verringerten allergieauslösenden Potentials von veränderten Erdnuss- und Senfsaaten durch IgE-Antikörper Testung mit Blutproben allergischer Patienten

Prof. Dr. Kirsten Beyer, Charité Universitätsmedizin Berlin, Klinik für Pädiatrie m.S. Pneumologie und Immunologie


Die Erdnussallergie ist eine häufige Nahrungsmittelallergie im Kindesalter und führt häufig zu schweren allergischen Reaktionen. Die Senfallergie ist in Deutschland seltener, jedoch kann auch sie bei Patienten zu schweren Reaktionen zu führen. Ziel des Teilprojektes der Charité ist die Überprüfung des verringerten allergieauslösenden Potentials („Hypoallergenität“) der hergestellten, veränderten Erdnuss- und Senfpflanzen anhand von Blutproben allergischer Patienten.

Teil A
Viele Menschen weisen nahrungsmittelspezifische IgE-Antikörper im Blut auf, man spricht dann von einer Sensibilisierung gegen ein Nahrungsmittel. Eine vorliegende Sensibilisierung heißt aber noch nicht, dass die Person tatsächlich auf das Nahrungsmittel allergisch ist. Nur wenn sensibilisierte Patienten eine deutliche allergische Reaktion auf das Nahrungsmittel erlitten haben, liegt eine Nahrungsmittelallergie vor. Bei entsprechendem Verdacht wird daher häufig zur Überprüfung eine orale Nahrungsmittelprovokation durchgeführt. Erstes Ziel des Teilprojektes ist daher die Identifizierung von Patienten mit einer Sensibilisierung und nachgewiesener Erdnuss- und/oder Senfallergie. Bei diesen Patienten werden Blutproben abgenommen.

Teil B
Vorhandene IgE-Antiköper im Blut erkennen und binden ganz bestimmte Proteine eines Nahrungsmittels, ähnlich wie bei einem Schlüssel und einem dazu passenden Schloss. Bei Patienten mit einer Allergie auf Erdnuss lassen sich im Blut insbesondere IgE-Antikörper gegen sogenannte Samenspeicherproteine der Erdnuss nachweisen. Auch im Senf gibt es solche Samenspeicherproteine, die von bestimmten IgE-Antikörpern des Patienten erkannt und gebunden werden können. Da Samenspeicherproteine sowohl bei der Erdnuss- als auch bei der Senfallergie eine große Rolle bei der allergischen Reaktion spielen, werden als zweites Ziel des Teilprojekts die gewonnenen Blutproben der Patienten im Labor untersucht. Dabei wird mit speziellen Tests untersucht, in welchem Maße IgE-Antikörper gegen die verschiedenen Samenspeicherproteine von Erdnuss und Senf im Blut der Patienten vorliegen.

Teil C
Ziel des dritten Teilprojektes ist die Überprüfung, dass die allergenreduzierten Erdnuss- und Senfpflanzen tatsächlich nicht mehr als allergen erkannt werden. Hierzu werden im Labor zuerst die vorhandenen Proteine, einschließlich der Samenspeicherproteine, der hergestellten veränderten Senf- und Erdnusssaaten auf einem Gel ihrer Größe nach getrennt. Die „sortierten“ Proteine können dann durch einen nächsten Schritt vom Gel auf die Oberfläche einer Art dünnen Papiers übertragen werden. Auf das Papier wird dann das Patientenblut (aus Teil B) hinzugegeben. So können die vorhandenen IgE-Antikörper aus dem Patientenblut an die Erdnuss- und Senfproteine (Schlüssel-Schloss-Prinzip) auf dem Papier binden. Mit Hilfe weiterer Methoden kann man anschließend die an Samenspeicherproteine gebundenen IgE-Antikörper auf dem Papier sichtbar machen. Der gleiche Laborversuch wird ebenfalls mit normalen, nicht veränderten Erdnuss- und Senfproteinen durchgeführt. Man geht davon aus, dass die hergestellte Pflanze dann „hypoallergen“ ist, wenn man mit Hilfe dieses Labortests kein positives Signal, also keine Bindung vorhandener IgE-Antikörper aus dem Patientenblut mit bestimmten Samenspeicherproteinen, erhält. Dies wäre dadurch begründet, dass die Samenspeicherproteine der Pflanze so verändert sind, dass die IgE-Antikörper der Patienten nicht mehr genau zu den veränderten Proteinen passen (Schlüssel Schloss-Prinzip).

addremove Teilprojekt 5

Entwicklung eines Tests zum Nachweis von IgE-Antikörpern

Robert Kammermeier, DST Diagnostische Systeme und Technologien


Dieses Teilprojekt wird durchgeführt von der DST GmbH, die sich auf die Entwicklung und Produktion von Bluttests für Allergien spezialisiert hat.

Dies ist auch das Ziel dieses Projektteils: die Entwicklung eines für die Diagnose nutzbaren Tests mittels Blutuntersuchung zum Nachweis von Erdnuss- und Senf-Antikörpern, so dass die entsprechende Sensibilisierung eines Patienten überprüft werden kann. Hierbei werden Moleküle (IgE-Antikörper), die spezifisch bestimmte Strukturen von Erdnuss- oder Senf-Allergenen binden, aus dem Patientenblut gemessen. Es gibt dabei für jede Struktur eines Allergens einen ganz bestimmten IgE-Antikörper-Typus, durch dessen Messung man unterscheiden kann, gegen welches Allergen aus der Erdnuss bzw. den Senfkörnern und sogar auf welche genaue Struktur der Patient sensibilisiert ist. Dabei werden die unterschiedlichen zu testenden Allergenstrukturen auf einen festen Träger gebracht (integriert in der Testkassette). Eine kleine Menge Blut wird in die Testkassette gegeben. Dort reagieren die allergenspezifischen Moleküle aus dem Blut mit den Allergen-Strukturen in der Testkassette.

addremove Teilprojekt 6

Verbraucherkommunikation – Information und Feedback

Sabine Schnadt, Deutscher Allergie- und Asthmabund e.V.


In diesem Teilprojekt befasst sich der Deutsche Allergie- und Asthmabund mit der Verbraucherkommunikation. Ziel ist hier sowohl ein Stimmungsbild und das Wissen zu neuen Züchtungsverfahren wie Genom Editing zu erfassen, als auch die Meinungen und Wünsche der allergischen Verbraucher zu erfragen und diese mit in das Projekt einfließen zu lassen. Dazu wird der DAAB e.V. zu Beginn und am Ende des Projektes (2020) jeweils eine Befragung allergischer Verbraucher durchführen. Dabei soll die Einstellung hinsichtlich allergenarmer Pflanzen, die mithilfe von neuen Züchtungsverfahren entwickelt wurden, erfasst werden. Und die Wünsche in Bezug auf die Eigenschaften allergenarmer Pflanzen. Ziel ist es, dass sich die Forschung auch in die Richtung weiterentwickelt, die sich die Zielgruppe wünscht.

Ergebnisse der ersten DAAB-Befragung zu allergenfreien Lebensmitteln

Der DAAB entwickelte den Online-Fragebogen gemeinsam mit den Projektpartnern. Um sicher zu gehen, dass die Fragen richtig verstanden werden, wurde mit einer kleinen Gruppe mit Lebensmittelallergien ein Pretest durchgeführt, bevor der Fragenbogen im Januar 2019 versandt wurde und einen Monat zur Beantwortung offen war. Als Ziel wurden 500 ausgefüllte Fragebögen avisiert.

Die Befragung

  • Der Fragebogen umfasst 33 geschlossene und eine offene Frage. 

  • Der Fragebogen wird für das betroffene Familienmitglied mit der schwersten Lebensmittelallergie ausgefüllt.

  • Teil 1 des Fragebogens umfasst 8 Fragen zum medizinischen Hintergrund des Patienten

  • Teil 2 des Fragebogens (9 bis 21) erfragt die Einstellung zu Nahrungsmitteln, deren Allergengehalt mittels verschiedener Verfahren reduziert wird sowie das Wissen und die Präferenz zur Kennzeichnung von gentechnisch veränderten Nahrungsmitteln. 

  • In Teil 3 (Fragen 20-22) wurden Fragen zur Person erhoben.

Ergebnisse

  • Insgesamt haben 582 Personen an der Befragung teilgenommen, davon haben 541 den Fragebogen vollständig ausgefüllt.

  • Die Teilnehmer, die den Fragebogen ausfüllten, waren überwiegend weiblich (92%) und mittleren Alters (75%: 31 bis 50 Jahre, 4%: 18 bis 30 Jahre und 21%:  älter als 50 Jahre). Über die Hälfte (56%) gaben an, dass es mehr als ein Familienmitglied mit einer Nahrungsmittelallergie gibt.

  • Von den Betroffenen selbst waren 52% weiblich und 48% männlich. 31% der Teilnehmer gaben an selbst betroffen zu sein, 68% beantworteten den Fragebogen für ihr Kind, 1% für einen anderen Familienangehörigen. Hauptauslöser der Nahrungsmittelallergien waren Erdnüsse, Nüsse, Ei und Milch. Erdnuss wurde mit 43% als häufigster Auslöser angegeben, der die bisher schwerste allergische Reaktion beim jeweiligen Patienten ausgelöst hat, gefolgt von Nüssen (15%) und Milch (12%). Fast Drei-Viertel der Betroffenen war vom Arzt ein Adrenalin-Autoinjektor zur Behandlung akuter Notfallsituationen verschrieben worden. Schaut man sich die Altersverteilung an, war dies bei 91% der Kinder, jedoch nur bei 32% der Erwachsenen der Fall.

Kooperationspartner
 

Partner und Aufbau LACoP


Das BMBF Projekt LACoP wird von den folgenden Arbeitsgruppen getragen:

Projektkoordination:

  • Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, Institut für Pflanzengenetik Abt. II, Dr. Thomas Reinard

Weitere Projektpartner:

  • Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, Institut für Pflanzengenetik Abt. II, Prof. Dr. Jens Boch
  • Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, Institut für Gartenbauliche Produktionssysteme, Prof. Dr. Traud Winkelmann
  • Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik, Abt. Biotechnologie, Prof. Dr. Michael Hust
  • Charité Universitätsmedizin Berlin, Klinik für Pädiatrie m.S. Pneumologie und Immunologie, Prof. Dr. Kirsten Beyer
  • DST Diagnostische Systeme und Technologien, Dr. Laila Al Halabi-Frenzel, Robert Kammermeier
  • Deutscher Allergie- und Asthmabund e.V. , Sabine Schnadt

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