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Aplicación de la tecnología microarray al diagnóstico de la alergia a los alimentos

  • Autores: Laura Sánchez Ruano
  • Directores de la Tesis: Javier Martínez-Botas Mateo (dir. tes.), María Belén de la Hoz Caballer (codir. tes.)
  • Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2020
  • Idioma: español
  • Tribunal Calificador de la Tesis: Rodrigo Barderas Manchado (presid.), D. Antolín Amérigo (secret.), Maria José Goikoetxea Lapresa (voc.)
  • Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencias de la Salud por la Universidad de Alcalá
  • Materias:
  • Enlaces
    • Tesis en acceso abierto en: TESEO
  • Resumen
    • español

      Antecedentes: Las alergias a los alimentos constituyen un importante problema de salud que actualmente afecta a un elevado porcentaje de la población. Existen diversas pruebas que son útiles en el diagnóstico de las alergias mediadas por IgE, aunque es preciso incorporar nuevas técnicas. Los microarrays de péptidos podrían constituir un método eficaz de apoyo al diagnóstico y pronóstico de las alergias a los alimentos.

      Objetivo: El objetivo de este trabajo es analizar los patrones de reconocimiento inmunológico mediante la tecnología microarray de péptidos en pacientes alérgicos a las proteínas de la leche (COALE), huevo (OVALE), cacahuete y melocotón (LTP) y su utilidad diagnóstica y pronóstica.

      Métodos: Los estudios COALE y OVALE fueron de tipo longitudinal, mientras que el estudio LTP fue transversal. En todos se recogió información clínica relevante y se confirmó la alergia mediante pruebas diagnósticas. Con el suero de los pacientes se llevó a cabo el ensayo de microarrays de péptidos, constituidos por 20 aa solapantes (3-offset) e impresos sobre cristales, correspondientes a las proteínas estudiadas. Se emplearon herramientas bioestadísticas y bioinformáticas para el análisis de los datos.

      Resultados: En el estudio COALE (118 pacientes) no se obtuvieron diferencias significativas a nivel basal y sí se observaron en las visitas 2 y 3, una intensidad media de reconocimiento y un número de péptidos de IgE, superior en alérgicos frente a tolerantes. De los péptidos significativos se seleccionaron 10 péptidos en la visita 3 mediante análisis ROC: 4 de α-cas ( αs1-casp1, αs1-casp16, αs1-casp17 y αs1-casp18), 4 de ß-lac (ß-lacp5, ß-lacp6, ß-lacp7 y ß-lacp38) y 2 de k -cas (k-casp30 y k-casp31). Además, los péptidos α-casp16 y k-casp30 fueron seleccionados mediante un árbol de decisión. En el estudio OVALE (42 pacientes) no se obtuvieron diferencias significativas en intensidad media de reconocimiento ni en el número de péptidos a nivel general. Sí se obtuvieron 10 péptidos significativos en la visita 3 también seleccionados mediante análisis ROC: 25-27, 73-75, 91-92 y 118-119 de la OVA. Los péptidos 74 y 75 de OVA fueron seleccionados además en un árbol de decisión. El reconocimiento de IgG4 no mostró un valor predictivo de la tolerancia. El estudio LTP (48 pacientes) mostró niveles superiores de IgE, así como significativamente superiores en IgG4 frente al péptido 4 de Ara h 9, en alérgicos frente a tolerantes, lo que podría explicar en parte la tolerancia de estos pacientes mediante la actividad bloqueante de los epítopos de IgE.

      Conclusiones: Mediante microarrays de péptidos se han logrado establecer diferencias en el perfil de reconocimiento de IgE entre pacientes alérgicos y tolerantes, y se ha obtenido un grupo de péptidos biomarcadores, con buen rendimiento diagnóstico, en los estudios COALE y OVALE. En el estudio LTP, se han observado diferencias en el perfil de reconocimiento de IgE e IgG4 entre alérgicos y tolerantes a cacahuete en las proteínas estudiadas. El péptido 4 de Ara h 9 podría presentar un valor predictivo de tolerancia en alergia a cacahuete. Los microarrays de péptidos podrían ser de gran utilidad en el manejo diagnóstico de las alergias estudiadas.

    • English

      Background: Food allergies are a growing global health problem, that are estimated to affect 3-7% of children and 2% of adults. The foods most frequently involved in allergic reactions are cow’s milk, eggs, fruits and tree nuts. Currently there is no an active treatment that can prevent or completely relieve symptoms, and they are usually focused on avoidance of the food. The tools available are useful to assist in the diagnosis of IgE-mediated food allergy, but it is necessary to incorporate new techniques to facilitate management of patients and to predict the course of the disease. Peptide microarray technology has been proposed as a useful tool for the diagnosis and prognosis of food allergy.

      Objectives: The goal of this work is to validate the applicability of peptide microarray technology on food allergic patients to the main allergens of cow’s milk: αs1-casein (αs1-cas), αs2-casein (αs2-cas), β-casein (βcas), κ-casein (κ-cas), and β-lactoglobulin (β-lac) (COALE study), egg: ovalbumin (OVA) and ovomucoid (OM) (OVALE study), peanut (Ara h 9) and peach (Pru p 3) (LTP study). In addition we assess peptide microarray technology utility for diagnosis and prognosis of allergy to referred foods.

      Methods: COALE was a longitudinal study that included a cohort of infants with allergy to cow milk assessed at 6 follow-up visits. OVALE was also a longitudinal study that included a cohort of infants with allergy to egg evaluated at 5 follow-up visits. Finally, LTP was a cross-sectional study carried out on a cohort of peach allergic patients sensitized to peanut. In all studies relevant clinical data were collected and allergy diagnosis was confirmed by prick test, in vitro levels of specific-allergen antibody, and oral food challenges in every follow-up visit. Microarray immunoassay was performed using sera from allergic patients. A library of 20-mer overlapping aa (3-offset) was printed on nanosurface microarray slides, corrresponding to the primary sequences of: αs1-cas, αs2-cas, β-cas, κ-cas, β-lac of milk in COALE study, OVA and OM of egg in OVALE study, and Ara h 9 and Pru p 3 in LTP study. Biostatistics and bioinformatics methods were applied for data analysis.

      Results: In the COALE study no differences were observed in prick test and specific IgE and IgG4 levels at baseline. Microarray immunoassay was performed in a subgroup of 118 patients. The population of study showed similar IgE-recognition patterns at baseline and no significant differences were observed at the beginning. IgE binding intensity and IgE diversity peptides were significantly higher, both at visit 2 and 3 in allergic than tolerant subjects. 6 significant peptides were identified at visit 2 and 17 at visit 3. Only 10 peptides of the latter were selected through ROC analysis as biomarkers: 4 of αs1-cas (αs1-casp1, αs1-casp16, αs1-casp17 and αs1-casp18), 4 of β-lac (β-lacp5, β-lacp6, β-lacp7 and β-lacp38) and 2 of κ-cas (κ-casp30 and κ-casp31). Additionally, a decision tree model in machine learning combining αs1-casp16 and κ-casp30 biomarkers was identified for maximizing diagnostic power. In the OVALE study, no differences were observed in prick test and specific IgE and IgG4 levels at baseline. Microarray immunoassay was performed in a subgroup of 42 patients. IgE binding intensity and IgE diversity peptides showed no significant differences at any follow-up visits or at baseline. However individual analysis of peptides found 10 significant peptides identified at visit 3 as biomarkers: 25-27, 73-75, 91-92, and 118-119 peptides of OVA protein. Additionally, a decision tree model in machine learning combining peptides 74 and 75 of OVA protein was identified. IgG4 recognition did not show a predictive value for tolerance. Finally, the LTP study included 48 peach allergic-patients, of whom 37 were peanut-allergic, and 11 were peanut-tolerant. Unexpectedly, peanut-tolerant patients showed greater binding intensity and number of peptides, both IgE and IgG4, than allergic patients. Interestingly, peanut-tolerant patients also presented significantly high levels of IgG4 antibodies against Ara h 9 peptide 4, which could partly explain the tolerance of these patients through their IgE epitope blocking activity. Despite the high homology between Ara h 9 and Pru p 3 proteins, the structural differences between peptide 4 of both proteins agree with the possible blocking role of Ara h 9 peptide 4 and not of Pru p 3 peptide 4.

      Conclusions: Using peptide microarray technology, differences in IgE recognition profile between allergic and tolerant patients have been established. Besides, a group of diagnosis peptide biomarkers has been found in both COALE and OVALE studies. In LTP study, IgE and IgG4 binding profile between peanut-allergic and peanut-tolerant patients have been identified in Ara h 9 and Pru p 3. Ara h 9 peptide 4 could have a predictive value of tolerance in peanut allergy. Peptide microarrays could be very useful in the diagnostic management of the reported allergies.


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