AB 13_2.3
Thema: Proteine und Allergien – hilfreich, aber auch ganz schön übel!

Wenn Sven irgendwo zum Essen eingeladen ist, wird er oft als misstrauischer Gast angesehen.
Die meisten der Anwesenden wissen nicht, dass er eine Erdnussallergie hat. Bereits als kleines Kind hatte er schreckliche allergische Anfälle – ausgelöst durch Erdnüsse. Genauer betrachtet sind dafür bestimmte Proteine verantwortlich, die im Samen der Erdnusspflanze enthalten sind.
Sven kann nicht immer darauf vertrauen, dass wirklich keine Erdnussanteile in Kuchen, Soßen und manchen Fertiggerichten enthalten sind, auch wenn diese Produkte auf den ersten Blick gar nichts mit Erdnüssen zu tun haben.
Nicht selten steht im Kleingedruckten zu den Lebensmittelinhaltsstoffen, dass Spuren von Erdnüssen enthalten sein können – selbst diese geringen Mengen wären für Sven sehr gefährlich!

Die Bearbeitung der Materialien setzen grundlegende Kenntnisse über das Immunsystem voraus.
Falls diese gar nicht vorhanden sind, bieten sich neben dem Schulbuch u.a. folgende Internetseiten an, um diesbezüglich Grundlagen zu erhalten.
http://das-immunsystem.de/fuer-jedermann/unser-immunsystem (Zugriff: 2017-05-06)
http://www.apotheken-umschau.de/Immunsystem (Zugriff: 2017-05-06)
https://www.planet-schule.de/tatort-mensch/deutsch/kurse/kurs1/index.html (Zugriff: 2017-05-06)
https://www.helmholtz-hzi.de/fileadmin/user_upload/Infothek/Ueber_das_HZI/Broschueren/WEB_HZI_Schuelerlexikon.pdf (Zugriff: 2017-05-10)

1. Wenn du bereits gute Kenntnisse über das Immunsystem besitzt, kannst du dich – alleine oder in einer Gruppe – sofort mit der Abb. AB_13_2.3-1 „Ablauf der Typ-I-Allergie“ beschäftigen.
   Erkläre den Ablauf der Typ-I-Allergie unter Verwendung der dir bekannten Fachbegriffe.
   Überprüfe danach deine Erklärungen anhand der per „Klick“ zu öffnenden Tab.1  „Textpuzzle zur Typ-I-Allergie“. Dort befinden sich Aussagen zu den fachlichen Grundlagen.
   Beachte, dass die dort vorhandenen Textbausteine ungeordnet vorliegen.
   Zur Sicherung deiner erlangten Fähigkeiten kannst du noch versuchen, die Inhalte der folgenden Animation zu beschreiben – das geht auch ohne gute Englischkenntnisse.Den Ton kann man abschalten:
   http://highered.mheducation.com/sites/0072507470/student_view0/chapter22/animation__ige_mediated__type_1__hypersensitivity__quiz_1_.html (Zugriff: 2015-05-06)

2. Wenn du nur etwas über das Immunsystem informiert bist, gehe – am besten in einer Gruppe – folgendermaßen vor:
   Schaue dir zunächst den Film „Wenn das Immunsystem Amok läuft“ (ca. 2 Min.) an. Du erhältst dadurch einen ersten Eindruck, worum es inhaltlich geht.
   http://www.ardmediathek.de/tv/W-wie-Wissen/Allergien-Wenn-das-Immunsystem-Amok-läu/Das-Erste/Video?bcastId=427262&documentId=41790420 (Zugriff: 2017-05-02).
   Achte im Film auf folgende Begriffe: Immunsystem, Allergen, Antikörper, Mastzelle, Histamin.
   Erzähle, was du nach der Betrachtung des Films noch über die Begriffe weißt.
   Betrachte nun ganz locker die Abb. AB 13_2.3-1 und versuche Zusammenhänge zu sehen und zu benennen, auch wenn du mit einigen Begriffen noch nichts anfangen kannst.
   Öffne dann per „Klick“ die Tab. 1 „Textpuzzle zur Typ-I-Allergie“. Dort findest du Aussagen zu Fachbegriffen, die mit diesem Allergietyp in Zusammenhang stehen. Leider ungeordnet!
   Lies die Aussagen und ordne sie einzelnen Teilen der Abb. AB 13_2.3-1 zu.
   Bringe die Aussagen in eine Reihenfolge (Notierung der Buchstaben), die den dargestellten Abläufen in der Abb. AB 13_2.3-1 entspricht.
   Beschreibe nun nochmals die Abb. AB 13_2.3-1 unter Verwendung der Fachbegriffe.

Die Aufnahme wurde mit einem Raster-Elektronen-Mikroskop (REM) erstellt und dann nachbehandelt.

linke Abbildung: e/l – k – d – a – h – m – g – n
rechte Abbildung: e/l – n – b – i
c, f und j sind übergeordnete Begriffe, die an verschiedenen Stellen verwendet werden können.

3. Die Abbildung AB 13_2.3-3 zeigt einen Allergie-Typ, der als Pseudoallergie bezeichnet wird. Dieser Allergietyp nimmt immer mehr zu und hat in den seltensten Fällen etwas mit Proteinen zu tun – weder als Auslöser noch als Abwehrbeteiligte.
   Die dabei genau ablaufenden Mechanismen bzw. Prozesse sind weitgehend ungeklärt.
   Diese Art allergischer Reaktionen bzw. die verschiedenen Symptome können u.a. durch Farb-, Aroma- und Konservierungsstoffe sowie Säuerungsmittel und Arzneimittelstoffe (z.B. Aspirin) hervorgerufen werden. Aber auch natürlicherweise in Nahrungsmitteln vorkommende Stoffe, wie Salicylate (z.B. in Beerenfrüchten) oder Histamin (z.B. in Trauben) können Pseudoallergien auslösen.
   Beschreibe diesen Allergietyp und erläutere den Unterschied zur Typ-I-Allergie.

4. Es gibt eine fast unüberschaubare Menge von Aromastoffen. Sie begegnen uns nicht nur in Lebensmitteln, sondern auch in Kosmetika oder Duftölen,-kerzen und Shisha-Aromen.
   Überprüfe, ob insbesondere Lebensmittel-Fertigprodukte auch Angaben in Hinblick auf die enthaltenen Aromastoffe enthalten.
   Untersuchungen z.B. zu Duftspendern haben ergeben, dass u.a. folgende Stoffe enthalten sein können: Limonen, Linalool, Benzyl-Benzoat, Eugenol, Geraniol.
   Angaben zu diesen Stoffen – auch in Zusammenhang mit Allergien – findest du im Internet.

Bildlich kann man die Kreuzallergie wie den Schlüssel zu einer Schließanlage sehen. Er schließt verschiedene Schlösser, weil die Haupteigenschaft des Schlüssels für eine Gruppe von Schlössern passt.

Es gibt unzählige Beispiele zu Kreuzallergien. Ursprünglich ging man in der Forschung davon aus, dass dieses Phänomen nur bei genetisch ähnlichen Organismen, z.B. zwischen Pflanzen einer Familie*, auftritt. Allerdings gibt es auch Kreuzallergien, auf die dieses Kriterium nicht zutrifft, z.B. Birkenpollenallergie und Apfelallergie. Auch die Kreuzallergie von Hausmilbenkot und Meeres-Krustentiere (Krabben, Scampi, etc.) ist so nicht zu erklären.

Aufgrund dieser und ähnlicher Erscheinungen wird heute davon ausgegangen, dass Kreuzallergien nicht nur unter dem Gesichtspunkt der Verwandtschaft von Organismen zu sehen sind, sondern vor allem unter dem Aspekt der Funktion der als Allergen wirkenden Proteine.

So lassen sich z.B. pflanzliche Proteine in vier Klassen unterteilen:
Strukturproteine, Stoffwechselproteine, Schutzproteine (gegen Krankheitserreger und Fressfeinde) und Speicherproteine (Nährstoffvorrat z.B. in Samen). Innerhalb jeder Protein-Klasse ähneln sich viele Proteine bezüglich ihres molekularen Aufbaus, d.h. der Aminosäuresequenz, und zwar weitgehend unabhängig vom Grad der Verwandtschaft der Organismen.

Auffällig ist, dass mit zunehmendem Alter Menschen plötzlich auch noch eine Nahrungsmittelallergie zeigen, nachdem sie zuvor „nur“ auf Pollen, vor allem Birkenpollen, allergisch reagiert haben. Diese Art der Allergie wird „Pollen assoziierte Lebensmittelallergie“ genannt. Eine eindeutige Erklärung dafür gibt es nicht.

*Eine Pflanzenfamilie umfasst alle Pflanzen, die in wichtigen Merkmalen, vor allem im Bau ihrer Blüten, übereinstimmen.

5. Begründe, warum jede der beiden folgenden Aussagen grundsätzlich richtig sein könnte.
   Die Erdnuss-Soja-Kreuzallergie bei Sven ist zurückzuführen auf
   • 1. … den Verwandtschaftsgrad, d.h. die Übereinstimmung beider Pflanzen in wichtigen Merkmalen (z.B. Blütenbau, Früchte),
     2. … die sehr ähnliche Funktion der als Allergen wirkenden Proteine.“
6. Auch zwischen Birkenpollen und Apfel kann es eine Kreuzallergie geben.
   Die folgende Abbildung zeigt Ausschnitte der Aminosäureabfolgen (= Aminosäuresequenzen) von kreuzreagierenden Allergenen im Apfel und im Birkenpollen.

   

   *Der Drei-Buchstaben-Code von Aminosäuren wird in der Wissenschaft häufig durch einen „Ein-Buchstaben-Code“ ersetzt. (siehe hier ).

   • 1. Überprüfe, wie viele Übereinstimmungen es bereits in diesem kleinen Aminosäuresequenz-Ausschnitt gibt.
     2. Begründe, inwiefern es durch diese Übereinstimmung zu Ähnlichkeiten in beiden Allergenen kommen kann. Bei der Antwortfindung kann die Abb. AB 1_2.3-8 helfen.
     3. Stelle eine Vermutung darüber auf, warum es zur Kreuzreaktion zwischen beiden Allergenen kommt.
7. Begründe, warum es eigentlich verwundert, dass nicht alle als Allergene wirkenden Proteine durch Erhitzen (Kochen, Backen) unwirksam werden. Informiere dich bei welchen Nahrungsmitteln bzw. -bestandteilen das der Fall ist und bei welchen nicht.

zu 5.
a- stimmt, da beide Pflanzen zu den Hülsenfrüchtlern gehören.
b- stimmt, da sowohl die Sojabohne als auch die Erdnuss Samen sind, die Nährstoffe für die Keimung speichern. Sie enthalten somit beide „Speicherproteine“.
zu 6.
a- Es gibt 12 Übereinstimmungen in diesem Ausschnitt von 25 Aminosäuren.
b- Die Aminosäuresequenz ist mit verantwortlich für die Ausbildung der Tertiärstruktur (siehe Abb. AB 1_2.3-8). Diese wiederum trägt entscheidend zur räumlichen Ausbildung eines Proteins bzw. -abschnittes bei.
c- Der für ein Allergen ausgebildete Antikörper „reagiert“ auf bestimmte räumliche Strukturen des Allergens. Liegen sehr ähnliche räumliche Strukturen auch bei einem anderen Proteinen bzw. Allergenen vor, kann es ebenfalls zu einer allergischen Reaktion kommen.
Übrigens: Viele Untersuchungen haben nachgewiesen, dass kreuzreagierende Allergene verschiedener Arten 50% und mehr an Übereinstimmungen in der Aminosäuresequenz aufweisen.
zu 7.
Durch das Erhitzen kommt es zur Denaturierung von Proteinen und damit zum Verlust der jeweils Protein typischen Struktur. D.h. Antikörper sollten diese Allergene eigentlich nicht mehr erkennen können. Warum das in manchen Fällen nicht so ist, ist nicht völlig geklärt.
Meistens funktioniert das Erhitzen z.B. bei Äpfeln, Birnen und Pfirsichen. Auch nach längerer Kochzeit sollten z.B. Eier, Senf, Soja oder Erdnüsse gemieden werden. Bei einer Milchallergie gegen das enthaltene Casein hilft auch kein Erhitzen.

8. Betrachte bzw. lies die Abb. AB 13_2.3-6.  Gehe davon aus, dass die genannten Tests durchgeführt werden sollen.
   Stelle für jede dieser vier Untersuchungsmethoden eine Hypothese auf, an welchen konkreten Anzeichen man ablesen könnte, ob bzw. wie stark jemand gegen die im Test überprüften Lebensmittel allergisch ist.
   Begründe, welche der vier Untersuchungsmethoden für Patienten gefährlich sein könnten.
   Überprüfe deine Aussagen mithilfe der sich hinter dem „Klick “ verbergenden Kurzbeschreibungen zu „Diagnosemaßnahmen bei Allergien“.
   Ausführlichere Angaben dazu finden sich u.a. in den am Ende dieses Dokumentes angegebenen Quellen bzw. Links.

9. Beurteile die aufgeführten Diagnosemaßnahmen in Hinblick auf die „Pseudoallergie“.

10. Ein weiterer Gesichtspunkt in Zusammenhang mit dem Auffinden von Allergenen sind „versteckte Allergene“.
    Informiere dich über diesen Begriff und begründe, inwiefern versteckte Allergene besonders problematisch sind.

Hypothese ⇒ Hauttest, z.B. Pricktest (engl.: prick „ritzen“)
Allergene werden auf die Haut gebracht und zeigen eine örtlich begrenzte Reaktion – oder auch nicht.
Kurzbeschreibung / Ablauf:
Beim Pricktest wird jeweils ein Tropfen möglicher Allergene auf die Innenseite des Arms oder auf den Rücken gegeben. Mit einer speziellen Nadel wird durch den Tropfen hindurch die Haut oberflächlich eingeritzt, so dass die im Tropfen enthaltene Substanz in das Hautgewebe eindringen kann.
Nach ca. 10 Minuten zeigen die Stellen, auf die ein Allergen einwirkt, eine Reaktion der Haut in Form einer Rotfärbung und leichter Schwellung.
Hypothese ⇒Bluttest
Im Blut nachweisbare IgEs können genauere Informationen über das Allergen liefern, da sie allergenspezifisch gebildet werden und etwas über die Stärke der allergischen Empfindlichkeit aussagen.
Kurzbeschreibung / Ablauf:
Bei diesem Diagnoseverfahren muss etwas Blut abgenommen werden, das dann im Labor durch den Einsatz spezieller Verfahren auf den IgE-Gehalt und bekannter IgEs untersucht wird. Werden diese gefunden, ist man bereits sensibilisiert. Je kleiner der Wert in Bezug auf ein bestimmtes IgE ist, desto unwahrscheinlicher ist eine allergische Reaktion. Ist der Wert hoch, reagiert der Mensch sehr wahrscheinlich mit einer Sofortreaktion. Dieses Verfahren ist sehr teuer, aufwendig und nicht immer im Ergebnis eindeutig.
Hypothese ⇒Provokationstest
Es wird das vermutlich die Allergie auslösende Allergen dem Körper bewusst zugeführt. Trifft die Vermutung zu, zeigen sich entsprechende Symptome.
Kurzbeschreibung / Ablauf:
Dieser Test ist nicht ungefährlich und wird deshalb nur bei ständiger Überwachung und der Bereitstellung von Notfallmaßnahmen durchgeführt.
Über das Einatmen, das Einnehmen oder das Spritzen eines vermeintlichen Allergens wird eine Reaktion provoziert. Häufig erfolgt eine stufenweise Erhöhung der Dosis. Die Beurteilung erfolgt in Abhängigkeit von der zugeführten Dosis und den beobachtbaren Symptomen.
Hypothese ⇒Diätverfahren
Es werden bestimmte Nahrungs-/Lebensmittel, von denen man vermutet, dass sie Allergie auslösend sind, weggelassen.
Kurzbeschreibung / Ablauf:
Bei der Ergänzungsdiät (= Additionsdiät) wird von einer bekanntermaßen allergenfreien Ernährung ausgegangen und dann Nahrungs-/Lebensmittelgruppen hinzugefügt.
Bei der Ausschlussdiät (= Eliminationsdiät) wird vom vollständigen Nahrungsangebot ausgegangen und dann jeweils eine Nahrungs-/Lebensmittelgruppe weggelassen.
In beiden Fällen lässt sich so der Allergenträger zumindest eingrenzen.

Alle Tests, die mit dem Immunsystem in Zusammenhang stehen, können hier nicht weiterhelfen. Da es keine Labortests für Pseudoallergien gibt, werden zunächst über Haut- und Bluttests bekannte Allergene ausgeschlossen. Anschließend können hier nur die Krankheitsvorgeschichte bzw. Kenntnisse über das Ernährungsverhalten und entsprechende Diätmaßnahmen weiterhelfen.
In einigen Fällen ist nach Eingrenzung des möglichen Allergens ein Provokationstest angebracht.
Die fast unüberschaubare Vielfalt von Lebensmittelzusatzstoffen, Aromen, Haushaltschemikalien und Schadstoffen in der Umwelt macht es zusätzlich schwer, eine Diagnose in Zusammenhang mit einer Pseudoallergie aufzustellen.

Manche Wissenschaftler gehen davon aus, dass unsere Gene dafür verantwortlich sind.
In Hinblick auf z.B. Nahrungs-/Lebensmittel- und Pollenallergien scheint das häufig zu stimmen, da bei einem Kind das Risiko, eine Bereitschaft für diese Allergien zu entwickeln am größten ist, wenn beide Eltern bereits Allergiker sind. Übrigens bedeutet „ Bereitschaft entwickeln“, dass die Veranlagung beim Kind zwar vorhanden ist, was jedoch nichts darüber aussagt, ob und wann die Allergie auftritt!
Mit entsprechenden Untersuchungen werden zwar die Gene „verantwortlich“ gemacht, es bleibt aber offen, wie und warum bestimmte Gene verändert worden sind. Fest steht allerdings, dass es so etwas wie ein „Allergiegen“ nicht gibt. Auch können genetische Gründe alleine nicht die rasante Zunahme an Allergikern in den letzten 30 – 40 Jahren erklären.

Inwieweit sich einzelne der im Folgenden genannten Ursachen für das „Fehlverhalten“ des Immunsystems sich auch genetisch ausdrücken, ist umstritten.

Die Schmuddel-, Dreck- oder Hygienetheorie geht davon aus, dass sich übertriebene Hygiene und weitgehend unterbundene Kontakte z.B. mit jeglicher Bakterienquelle durchaus negativ auswirken können.
Viele Wissenschaftler halten es für sehr wahrscheinlich, dass vor allem das Immunsystem bei Kindern diese „Begegnungen“ benötigt, um spätere „Auseinandersetzungen“ mit Fremdkörpern besser bewältigen zu können, d.h. ohne eine allergische Reaktion zu zeigen.
Entsprechende Versuche mit Mäusen scheinen diese Annahme zu bestätigen (Quelle siehe Ende). Andere Wissenschaftler widersprechen oder weisen darauf hin, dass sich damit allenfalls einige Allergien erklären lassen.

Auch wenn es nicht um „Dreck“ geht, sind in diesem Zusammenhang mehrere Untersuchungen zur Erdnussallergie interessant.
Kinder erhielten – unter ständiger ärztlicher Aufsicht – über einen längeren Zeitraum kleinste Menge Erdnuss. Dann wurde geprüft, ob sie eine bessere Toleranz gegenüber der Erdnuss entwickelt hatten. Bei vielen war dieses der Fall (Quelle siehe Ende). Ziel der Studien war es nicht(!), Kinder unempfindlich gegen Erdnuss-Allergene zu machen, sondern lebensgefährliche Reaktionen zu vermeiden, wenn sie aus Versehen doch einmal Spuren von Erdnüssen in Lebensmitteln zu sich nehmen würden.
Diese Ergebnisse unterstützen indirekt die zuvor angesprochene Theorie, da sie eine „Lernfähigkeit“ des Immunsystems deutlich machen. Die geschilderte Vorgehensweise der Wissenschaftler entspricht dem Prinzip der Immuntherapie (siehe Abb. AB 13_2.3-6). Diese Therapieart bedarf in jedem Fall ärztliche Aufsicht!

Die Umweltbelastungstheorie geht davon aus, dass die Zunahme von Schadstoffen verantwortlich für das Auslösen bzw. die Zunahme von allergischen Reaktionen ist. Der Begriff „Schadstoff“ wird dabei sehr weit gefasst: Abgase jeglicher Art sowie Chemikalien in Kleidung, Möbeln, Haushalt und sonstigen Gebrauchsgegenständen.
Anzahl und Menge dieser Stoffe haben in den letzten 40 Jahren stark zugenommen. Studien gehen davon aus, dass das Immunsystem nicht mehr korrekt auf manche dieser Stoffe reagieren kann. Das „Warum“ ist in vielen Fällen ungeklärt!
Gleichzeitig wird darauf hingewiesen, dass bestimmte Schadstoffe Haut und Schleimhäute schädigen und damit die Hauptbarrieren des Körpers gegen Fremdstoffe teilweise zerstören.
In den Bereich dieser Umwelteinflüsse ist auch die Ernährung einzubeziehen. Dort stehen vor allem Zusatzstoffe (Konservierungsstoffe, Aromen, etc.) in Verdacht, dem Immunsystem Probleme zu bereiten.

Ob gentechnologisch veränderte Nahrungs-/Lebensmittel bzw. deren veränderte Proteine ebenfalls als Allergen wirken, ist grundsätzlich denkbar, aber bisher nicht nachgewiesen.

Schließlich darf nicht vergessen werden, dass es viele Berufe gibt, in denen die dort arbeitenden Menschen ständig in Kontakt mit allergenen Stoffen kommen. Das gilt z.B. für den Waldarbeiter oder Gärtner, aber auch für den Maler und Lackierer.

Zusammenfassend bleibt festzustellen, dass

• die Anzahl der Allergien seit den 70er Jahren stark zugenommen hat und heute fast ein Drittel der Bevölkerung Deutschlands betroffen ist;
• im gleichen Zeitraum die Menge und die Art von Stoffen denen das Immunsystem ausgesetzt ist, rasant zugennommen haben;
• der eindeutige Beweis, dass ein bestimmter Stoff für das „Fehlverhalten“ des Immunsystems verantwortlich ist, häufig schwer zu erbringen ist;
• noch zu wenige gesetzliche Vorgaben den Kontakt mit möglicherweise allergenen Stoffen regeln;
• die eigene Information und ein daraus abzuleitendes Verhalten gefragt ist, um zumindest begrenzt selbst Einfluss auf mögliche allergische Reaktionen zu nehmen.

11. Überprüfe dein eigenes Umfeld bzw. dein Handeln in Hinblick auf den Kontakt mit möglicherweise allergenen Stoffen (z.B. Inhaltsstoffe von Nahrungsmitteln, Fertigprodukten, Kosmetika, Reinigungs-/Hygieneartikeln, Duftstoffen).
    Entscheide, inwiefern du selbst etwas ändern kannst, um dein Allergierisiko zu mindern.