Biosensor zur Untersuchung von Allergenen

Das Thema Lebensmittelallergie erfährt in den letzten Jahren immer mehr Aufmerksamkeit. Derzeit wird geschätzt, dass drei bis vier Prozent der Erwachsenen und Kinder von einer Lebensmittelallergie betroffen sind. Ein Therapieansatz bezogen auf die Ursachen dieser Multiorganerkrankung existiert bisher nicht, Patienten sind daher auf eine Meidung der entsprechenden Lebensmittel angewiesen. Allergene sind meist Proteine, deren physikalisch-chemische Eigenschaften durch die Verarbeitung der Lebensmittelrohstoffe verändert werden können. So gibt es Hinweise, dass Lebensmittelverfahrenstechniken wie thermische Behandlung, Fermentation oder auch Extrusion einen Einfluss auf das allergene Potenzial von Lebensmitteln haben können. Die Beurteilung dieser Prozesse ist jedoch kompliziert, da es keine direkte Methode gibt, das allergene Potenzial von Lebensmitteln zu bestimmen. Das Verbundprojekt „Entwicklung eines Aptamer-basierten Biosensors zur Detektion und Untersuchung von Allergenen und ihrem allergenen Potential in Lebensmitteln (AptaSens)“ wird vom Institut für Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik am Max Rubner-Instituts koordiniert. In Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum Tübingen, der Christian Albrechts-Universität zu Kiel, dem Forschungszentrum Borstel, der Universität Wageningen und der Firma FrieslandCampina soll ein Sensorsystem entwickelt werden, das die Untersuchung von Allergenen und deren Bindungsverhalten erlaubt.

Dafür werden Aptamere, das sind kurze, einzelsträngige DNA-Fragmente, zunächst synthetisiert und als hochspezifische Identifikationselemente auf einem Quarzmikrowaage (QCM) Sensor immobilisiert. Die Bindung der Allergene, in diesem Fall das Milcheinweißallergen -Lactoglobulin, an das Aptamer kann mit Hilfe der QCM in Echtzeit verfolgt werden. Da Aptamere ausschließlich an definierte Bereiche der Allergene binden, liefert eine Änderung der Bindungseigenschaften Informationen über die Stabilität und Zugänglichkeit der untersuchten Bindungsstellen. Auf Basis dieses Biosensors soll der Einfluss verschiedener Lebensmittelverfahrenstechniken und chemischer Behandlungen auf die Bindungskinetik der Allergene an die Aptamere gemessen werden. Durch Bewertung der Ergebnisse können Rückschlüsse über die Effektivität der chemischen und physikalischen Behandlungen bei der Reduktion des allergenen Potenzials der Lebensmittel gezogen werden. Die Spezifität des Sensors wird zudem in komplexen Lebensmittelmatrices untersucht und bestimmt. Als Referenz werden einzelne Proben ebenfalls mit herkömmlichen Testsystemen untersucht und die erhaltenen Ergebnisse verglichen. Des Weiteren wird der Einfluss der Prozessierung der Allergene mit Hilfe von Antikörper- und Zell-basierten Assays mit Biomaterial allergischer und nicht-allergischer Patienten untersucht.