Molekulare Biotechnologie zur Allergiediagnose und Therapie (GENALL)

Ziel des eingereichten multilateralen Projekts ist die Verwendung von rekombinanter DNA Technologie zur molekularen Allergiediagnose und zur Entwicklung neuer Ansätze für die Allergenspezifische Immuntherapie. Diese Studie adressiert Allergien, die ganzjährig in Innenräumen vorkommen als auch saisonale Inhalationsallergien im Außenbereich. Untersucht werden Allergien, die derzeit in Indien vorherrschend sind, aber auch in Europa an klinischer Relevanz gewinnen können. Die Ziele dieser Studie sind somit: 1. die Identifizierung und Charakterisierung von klinisch relevanten Inhalationsallergenen und der Informationsgewinn im Hinblick auf kreuzreaktive Allergene, die sowohl in Europa als auch Indien von Bedeutung sind 2. die Verwendung von biotechnologischen Verfahren zur Impfstoffherstellung, um die Sicherheit und Wirksamkeit der Allergenspezifischen Immuntherapie für Inhalationsallergien zu verbessern Unser Labor wird sich auf die Identifizierung, die rekombinante Produktion und Charakterisierung von Prosopsis (Mesquitebaum)-Pollenallergenen; die rekombinante Produktion der wichtigen Unkräuter-Pollenallergene Art v 1, Amb a 4 und Par h 1; die rekombinante Produktion und Charakterisierung von Schabenallergene; und auf die physico-chemische Charakterisierung von Art v 1-basierenden Vakzinen fokussieren. Mittels einer Palette von rekombinanten Prosopsis und Unkräuter-Pollenallergenen werden die IgE-Reaktivität und Kreuzreaktivitätsmuster in Seren von allergischen Patienten aus Indien und Europa untersucht. Die molekulare Analyse von neuen Allergenen aus klinisch relevanten indischen Pollenarten sowie deren kreuzreaktive Eigenschaften werden zu einer verbesserten Risikoabschätzung für die europäische Bevölkerung beitragen. Zusätzlich werden die IgE Reaktivität und Kreuzreaktionen von Schabenallergenen, die in Indien eine weit verbreitete Ursachen für ganzjährige Allergien in Innenräumen ist, auch mit Seren von europäischen Patienten untersucht. Das Wissen über die klinische Relevanz und das kreuzreaktive Potential der einzelnen Allergenmoleküle ist eine Voraussetzung für die Entwicklung von neuen und innovativen Behandlungsmethoden mittels Verwendung von genetisch hergestellten Allergenvakzinen. In dieser Hinsicht werden auch Allergenimpfstoffe basierend auf T-Zell Epitopen sowie andere hypoallergene Derivate in Kombination mit immunmodulatorischen Adjuvanzien entwickelt werden. Zusammenfassend wird das vorliegende Projekt zu einer Harmonisierung der Methoden für die Allergencharakterisierung und der Allergiediagnose beitragen. Damit einhergehend werden generelle Standards zur Bestimmung der Qualität und Sicherheit von rekombinanten Allergenen und Vakzinen in Europa und Indien gesetzt.

Die Prävalenz von IgE-vermittelten Allergien steigt weltweit - vor allem in Schwellenländern - wodurch hohe sozioökonomische Kosten verursacht werden und ein starker Einfluss auf die Lebensqualität gegeben ist. Es wird angenommen, dass die pandemische Verbreitung von Allergien eine Folge von verändertem Lebensstil und einer Ausbreitung von Allergenen durch den globalen Klimawandel ist. Der Fokus dieses multilateralen Allergieforschungsprojektes ist die Anwendung von biotechnologischen Verfahren zur Allergencharakterisierung, molekülbasierten Diagnostik und Entwicklung von Impfstoffen. Im Speziellen wurden klinisch relevante inhalierende Allergenquellen aus dem Innenraum (Schabe) und saisonale Pollenallergene (Beifuß, Parthenium und Mesquite) aus Indien und Europa untersucht. Dafür wurden zehn Allergenmoleküle aus der Schabe biotechnologisch hergestellt und deren IgE- Reaktivität mittels 117 Patientenseren von Allergikern getestet. Dabei wurden diverse Sensibilisierungsprofile der Patienten aus unterschiedlichen Ländern sowie eine höhere Sensitivität der Allergenmoleküle im Vergleich zum herkömmlich verwendeten Allergenextrakt aufgezeigt. In hochexponierten Personen führen die Pollen des invasiven Krauts Parthenium und Mesquite oft zu Allergiesymptomen. Obwohl die in Asien und Amerika vorkommenden Allergenquellen klinisch relevant sind, fehlten bislang detaillierte molekülbasierte Studien. In beiden Pflanzen wurden daher mittels Massenspektrometrie eine Reihe von neuen IgE-bindenden Molekülen bestimmt. Dabei wurde auch ein Defensin- ähnliches Molekül aus Parthenium identifiziert und biotechnologisch hergestellt, welches nun für die molekülbasierte Allergiediagnostik zur Verfügung steht. Interessanterweise zeigten österreichische und kanadische Kräuterallergiker ähnliche Reaktionsmuster, während koreanische Patienten vorwiegend auf Art v 1, einem Defensin-ähnlichen Allergen aus Beifuß reagierten. Das Wissen um die allergologischen und immunologischen Muster in unterschiedlichen Kohorten weltweit führt generell zu einem besseren Verständnis in der Impfstoffentwicklung. Insofern wurde für eine mögliche Anwendung in der Immuntherapie das Allergen Art v 1 und eine hypoallergene Variante mit der bakteriellen Komponente Flagellin fusioniert. Die spezifische IgG Antikörperentwicklung in Mäusen weist darauf hin, dass das Einbringen von Hypoallergenen in die Flagellin-Allergen Fusionsproteine ein gangbarer Weg ist um Impfstoffe zu verbessern. Die Ergebnisse dieses Projekts erlauben ein detaillierteres Verständnis der komplexen Sensibilisierungsmuster auf die untersuchten Allergenquellen und sind die Basis für die Entwicklung von verbesserten Diagnostika und Impfstoffen in der spezifischen Immuntherapie.