Investigation about the appearance of epitopes in milk protein variants, their allergenicity and potential use in human nutrition.
Final Report Abstract
Ein Ziel dieses Forschungsprojekts war es zunächst, Unterschiede im Peptidmuster sowie resistente Bereiche, die IgE‐bindende Epitope enthalten, nach in vitro gastrointestinalem Verdau verschiedener Kasein‐ und Molkenproteinvarianten beim Rind zu identifizieren und deren allergenes Potential mittels Microarray‐Immunoassay zu bestimmen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Peptide, trotz der enzymatischen Hydrolyse während des gastrointestinalen Verdaus, noch groß genug waren, um intakte IgE‐bindende Epitope oder signifikante Teile davon zu enthalten. Zudem konnte nachgewiesen werden, dass der genetische Polymorphismus einen Einfluss auf das entstehende Peptidmuster besitzt. Mittels Microarray‐Immunoassay und Seren von Patienten mit Kuhmilchallergie konnte bei einigen dieser Verdauprodukte eine deutliche Immunantwort identifiziert werden, was eine Erklärung für die hohe Allergenität und Sensibilisierungsrate gegenüber den Kaseinen trotz ihrer exzellenten Verdaulichkeit sein könnte. Die Peptide f174‐193 des αS1‐CN B und f179‐198 des αS1‐CN C wiesen die stärkste Immunreaktivität auf, aber auch an die kleineren Peptide mit 13‐15 Aminosäuren (f184‐196, f187‐199 und f180‐193 beider αS1‐CN‐Varianten) konnte eine deutliche IgE‐Bindung festgestellt werden. Des Weiteren wurde eine signifikante IgE‐Bindung an die gastrointestinalen Verdauprodukte der β‐CN‐Varianten A1, A2 und B sowie der β‐LG‐ Varianten A, B und C mit deutlichen Heterogenitäten in der IgE‐Bindung zwischen den Peptidvarianten bei individuellen Seren identifiziert. Weiterhin wurde der Einfluss der Kasein‐ sowie α‐LA‐ und β‐LG‐Varianten auf die IgE‐bindenden Eigenschaften der Epitope bei Rind, Schaf, Ziege, Wasserbüffel, Kamel, Pferd, Esel geprüft. Die Ergebnisse zeigten, dass einzelne Aminosäuresubstitutionen oder ‐deletionen, die innerhalb der IgE‐bindenden Epitope vom Rind sowie den homologen Bereichen der genetischen Varianten von Schaf, Ziege, Wasserbüffel und Kamel auftraten, zu einer Änderung (Verlust, Abnahme, Zunahme) der IgE‐Bindung führten. Dies weist, neben Unterschieden zwischen genetischen Varianten, auf eine Kreuzreaktion hin, die durch den hohen Grad der Homologie in der Aminosäuresequenz zwischen den Milchproteinen der untersuchten Tierarten bedingt ist. Dabei existierte zwischen den Seren eine große Heterogenität in der IgE‐Bindung, wobei einzelne Seren auch eine niedrigere, höhere oder ausschließliche IgE‐Bindung an die Epitope von Schaf, Ziege und/oder Wasserbüffel aufwiesen. Aufgrund deutlicher Sequenzabweichungen in den Epitopen von Kamel, Esel und Pferd im Vergleich zum Rind, wurden diese mit Ausnahme von einem Serum kaum von den IgE‐Antikörpern der getesteten Seren erkannt, so dass eine hohe klinische Verträglichkeit der Milch dieser Tierarten bei einem signifikanten Anteil der Patienten mit Kuhmilchallergie zu erwarten ist. Die Ergebnisse bieten insgesamt einen neuen Ansatz für die Identifikation einer geeigneten Proteinquelle für Patienten mit Kuhmilchallergie.
Publications
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(2012): Characterization of peptides after in vitro gastrointestinal digestion of bovine κ‐casein A, B and E. 2nd Kiel Food Science Symposium, 22.‐23. Mai 2012, Kiel
Lisson, M., Lochnit, G., Jäger, S., Erhardt, G.
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(2012): Charakterisierung von Peptiden nach in vitro Verdau der αS1‐Kaseinvarianten B und C aus Kuhmilch. DGE‐Kongress, 14.‐16. März 2012, Freising‐Weihenstephan
Lisson, M., Lochnit, G., Jäger, S., Erhardt, G.
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(2013): Genetic variants in bovine αS1‐ and β‐ casein result in differences in the allergenic potential of epitopes demonstrated by microarray‐immunoassay. Max Rubner Conference, 7. – 9. Oktober 2013, Karlsruhe
Lisson, M., Novak, N., Lochnit, G., Erhardt, G.
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(2013): Genetic variants of bovine β‐ and κ‐casein result in different IgE‐binding epitopes after in vitro gastrointestinal digestion. J. Dairy Sci. 96: 5532‐5543
Lisson, M., Lochnit, G., Erhardt, G.
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(2014): Epitope mapping of αs1‐casein by microarray immunoassay reveals differences in IgE binding within dairy cattle breeds and between water buffaloes, sheep, goats, and camels. 11th International Symposium on Milk Genomics and Human Health, 6.‐8. Oktober 2014, Aarhus, Dänemark
Lisson, M., Novak, N., Erhardt, G.
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(2014): Identification of differences in the allergenic potential of epitopes from αS1‐casein variants in cow and other ruminant species by microarray immunoassay. 3rd Kiel Food Science Symposium, 20.‐21. Mai 2014, Kiel
Lisson, M., Novak, N., Lochnit, G., Erhardt, G.
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(2014): Immunglobulin E epitope mapping by microarray immunoassay reveals differences of immune response to genetic variants of caseins from different ruminant species. J. Dairy Sci. 97: 1939‐1954
Lisson, M.; Novak, N. & Erhardt, G.
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(2014): In vitro gastrointestinal digestion of bovine αs1‐ and αs2‐casein variants led to different IgE‐binding epitopes. Int. Dairy J. 34: 47‐55
Lisson, Maria; Lochnit, Günther & Erhardt, Georg
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(2015): Mapping of epitopes occurring in bovine αs1‐casein variants by peptide microarray immunoassay. In: Cretich, M., Chiari, M., "Peptide Microarrays: Methods and Protocols, Second Edition", Springer 2015 1352: 279‐296
Lisson, M., Erhardt, G.
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(2016): Alpha S1‐casein polymorphisms in camel (Camelus dromedarius) and descriptions of biological active peptides and allergenic epitopes. Trop. Anim. Health Prod.
Erhardt, Georg; Shuiep, El Tahir Salih; Lisson, Maria; Weimann, Christina; Wang, Zhaoxin; El Zubeir, Ibtisam El Yas Mohamed & Pauciullo, Alfredo
