Od molekuły do epitopu. Dokąd zmierza diagnostyka alergii?

Przez wiele dekad podstawą diagnozowania alergii były testy skórne. Prawdziwym przełomem okazało się odkrycie w 1967 roku przeciwciał E (IgE) i wprowadzenie możliwości oznaczania ich stężenia w surowicy krwi. Obydwie metody dawały szansę na poznanie konkretnego alergenu, który był odpowiedzialny za reakcję alergiczną u pacjenta [1–3].

Niemniej jednak z biegiem czasu okazało się, że taka diagnostyka nie zawsze wystarczała, ponieważ w praktyce klinicznej lekarze napotykali sytuacje, w których pacjent ewidentnie prezentujący objawy po kontakcie z danym alergenem otrzymywał ujemne wyniki testów i odwrotnie – pacjent bez faktycznej alergii miał mnóstwo wyników dodatnich.

Okazało się, że wina leży w stosowanych do testów ekstraktach alergenowych, będących w rzeczywistości bardzo złożoną, niedokładnie zdefiniowaną mieszaniną białek alergizujących, niealergizujących oraz innych substancji.

Dzisiaj wiemy, że ekstrakty te mogą się drastycznie różnić składem i stężeniem poszczególnych białek w zależności od danego producenta czy nawet konkretnej partii produktu.

Rozwiązaniem tego problemu stało się możliwe zaledwie kilkanaście lat później – wraz z poznaniem budowy samego alergenu.

Pod koniec lat 80. XX wieku udało się „rozebrać” złożone ekstrakty na pojedyncze białka uczulające, czyli molekuły, a następnie je wyizolować, poznać ich budowę oraz unikalne cechy.

I to właśnie te unikalne cechy molekuł – związane z ich przestrzenną budową, immunogennością, alergennością oraz strukturalnym podobieństwem do innych białek z zupełnie różnych alergenów, czasem niespokrewnionych, jak np. lateks i banan – stały się kluczem do nowoczesnego rozpoznawania chorób alergicznych [4,6,7].

Dzięki zrozumieniu właściwości białek alergenów i konsekwencji, jakie z nich wynikają, możliwe stało się przejście do zupełnie nowej ery medycyny – ery spersonalizowanej.

W nowej erze alergologii, do której drzwi otworzyła diagnostyka oparta na komponentach alergenów, otrzymujemy szczegółowy profil molekularny pacjenta. To podstawa do tworzenia bezpiecznych wytycznych dietetycznych oraz planowania leczenia przyczynowego [4,6,7].

Diagnostyka oparta na molekułach była dla alergologii prawdziwą rewolucją i wydawało się, że osiągnęliśmy już naprawdę ogromną precyzję. Jednak rozwój technologii pozwala nam dziś „rozbierać” alergeny z jeszcze większą dokładnością. Doskonałym przykładem jest kazeina – główne, silnie uczulające białko mleka krowiego.

Przez lata w diagnostyce oznaczaliśmy ją po prostu jako jedną dużą molekułę (pod nazwą Bos d 8). Dziś wiemy, że kazeina to w rzeczywistości złożona struktura (tzw. micela), która – niczym z klocków – zbudowana jest z czterech mniejszych podjednostek:

Okazuje się, że każda z tych podjednostek w unikalny sposób stymuluje układ odpornościowy, co bezpośrednio przekłada się na różny przebieg i stopień ciężkości samej choroby.

Zaobserwowano na przykład, że:

• Uczulenie na β-kazeinę bardzo często występuje u pacjentów z niezwykle ciężkim przebiegiem alergii na mleko krowie, podczas gdy nie obserwuje się go przy łagodniejszych postaciach choroby.
• Z kolei obecność przeciwciał wobec κ-kazeiny może sugerować tzw. alergię przetrwałą, co jest dla nas wskazówką, że szansa na samoistne „wyrośnięcie” dziecka z tej alergii jest niestety znacznie mniejsza [8].

W diagnostyce alergii przeszliśmy od ekstraktów przez molekuły, czy ich podjednostki, ale wydaje się, że współczesna medycyna nie powiedziała jeszcze ostatniego słowa. Przyszłością alergologii, która z fazy zaawansowanych badań naukowych powoli puka do drzwi laboratoriów klinicznych, jest diagnostyka epitopowa.

Aby to zrozumieć, musimy zajrzeć w architekturę białka jeszcze głębiej.

Czym właściwie jest epitop?

Mówiąc najprościej, to niezwykle mały, ściśle określony fragment na powierzchni samej molekuły, do którego bezpośrednio przyłącza się przeciwciało IgE pacjenta, działając na zasadzie dopasowania klucza do zamka. Okazuje się, że różni pacjenci mogą produkować przeciwciała skierowane przeciwko zupełnie innym epitopom konkretnej molekuły alergenowej (np. białka pszenicy czy orzeszka ziemnego) [7,9]. Znając przestrzenną strukturę molekuł, możemy dziś precyzyjnie lokalizować te miejsca na ich powierzchni i badać, w jaki sposób oddziałują one z przeciwciałami.

Obecnie wyróżniamy dwie główne grupy epitopów:

• epitopy liniowe – zbudowane z ułożonych po kolei aminokwasów, które są niezwykle odporne na gotowanie, pieczenie oraz działanie kwasów żołądkowych,
• epitopy konformacyjne – zależne od przestrzennej (trójwymiarowej) struktury białka, które ulegają łatwemu zniszczeniu pod wpływem wysokiej temperatury i trawienia [4–8].

W przyszłości diagnostyka epitopowa pozwoli na jeszcze bardziej precyzyjne układanie zaleceń dietetycznych. Dzięki tej wiedzy będziemy mogli wskazać, czy i w jakiej obróbce kulinarnej dany epitop ulegnie zniszczeniu i przestanie być rozpoznawalny dla układu odpornościowego, czy też pozostanie nienaruszony. Wynika to z faktu, że:

• epitopy liniowe są zazwyczaj bardzo trwałe, oporne na wysoką temperaturę i wiążą się z wysokim ryzykiem ciężkich reakcji (w tym anafilaksji) oraz alergią przetrwałą,
• epitopy konformacyjne dość łatwo ulegają zmianom przestrzennym (zniszczeniu), np. podczas obróbki cieplnej [10–12].

Pomimo znacznego rozwoju diagnostyki alergii przed współczesną nauką wciąż stoi wiele wyzwań. Kluczem do tego, by im sprostać, stają się trwające badania nad mapowaniem epitopów, które w niedalekiej przyszłości pozwolą nam dokładnie przewidywać rozwój choroby oraz nabywanie tolerancji immunologicznej.

Zgłębianie wiedzy na poziomie epitopów pozwala nam coraz precyzyjniej rozkodować to, jak i dlaczego organizm pacjenta reaguje na poszczególne fragmenty białek. Właśnie w tym najdrobniejszym, mikroskopijnym wymiarze upatruje się dziś przyszłość alergologii. Dla pacjentów oznacza to szansę na uzyskanie dokładniejszej diagnozy i oparcie codziennej terapii na ściśle spersonalizowanych rozwiązaniach medycznych.