Allergeniciteit: hoe wetenschappers voorspellen of nieuw eiwit een allergische reactie oproept
Stel je een bewaker voor bij de ingang van een gebouw, die iedereen die binnenkomt vergelijkt met een lijst van bekende onruststokers. Zo ongeveer werkt het menselijk immuunsysteem ook: het scant eiwitten die je binnenkrijgt via voedsel, lucht of huid, en slaat soms ten onrechte alarm. Allergeniciteit is de eigenschap van een stof — meestal een eiwit — om zo'n vals alarm te veroorzaken: een overdreven afweerreactie die niets te maken heeft met echt gevaar, maar wel klachten geeft, van jeuk tot in ernstige gevallen een levensbedreigende shock.
Waarom is dit relevant voor toekomsttechnologie? Omdat we steeds vaker eiwitten uit nieuwe bronnen op ons bord krijgen: insecteneiwit, kweekvlees, eiwit uit algen of schimmels, en genetisch aangepaste gewassen. Bij elk van die innovaties moet vooraf worden onderzocht of het nieuwe eiwit iemands immuunsysteem op hol kan brengen, nog vóórdat het product de winkel bereikt. Die voorspelling — niet het najagen van symptomen, maar het vooraf inschatten van risico — is precies waar allergeniciteitsonderzoek om draait.
Wat is het precies?
Een allergische reactie op voedsel verloopt meestal via een antilichaam genaamd IgE (immunoglobuline E). Bij de eerste blootstelling aan een allergeen — de stof die de reactie veroorzaakt — maakt het lichaam IgE-antilichamen die zich hechten aan mestcellen, een type afweercel. Bij een volgende blootstelling herkennen die antilichamen het eiwit en laten de mestcellen histamine en andere stoffen vrij, wat de bekende klachten geeft: jeuk, zwelling, benauwdheid, in het ergste geval anafylaxie.
Om te voorspellen of een nieuw eiwit allergeen is, bestaat geen simpele bloedtest die vooraf zekerheid geeft — er is immers nog niemand aan blootgesteld. Onderzoekers gebruiken daarom een combinatie van indirecte methoden, vastgelegd in internationale richtlijnen.
Ten eerste vergelijkt men de aminozuurvolgorde van het nieuwe eiwit met databases van bekende allergenen: sequentiehomologie. Lijkt de structuur sterk op een bekend allergeen, dan is kruisreactiviteit mogelijk — het immuunsysteem herkent het nieuwe eiwit dan als "familie" van iets waar het al allergisch voor is. Zo kan iemand met een garnalenallergie ook reageren op insecteneiwit, omdat schaaldieren en insecten verwant zijn en gedeeltelijk dezelfde eiwitstructuren (tropomyosine) bevatten.
Ten tweede test men de pepsine-resistentie: hoe snel breekt het eiwit af in een maagsapachtige omgeving met het enzym pepsine? Eiwitten die lang intact blijven, bereiken de darmwand in herkenbare vorm en hebben doorgaans meer kans om een allergische reactie te veroorzaken dan eiwitten die snel worden afgebroken.
Ten derde bekijkt men hittestabiliteit: blijft het eiwit zijn vorm behouden bij verhitten (koken, bakken), of valt het uit elkaar? Sommige allergenen worden onschadelijk na verhitting, andere blijven actief.
Waar mogelijk wordt ook serumscreening gedaan: bloedserum van mensen met een bekende allergie (bijvoorbeeld voor schaaldieren of huisstofmijt) wordt in het lab blootgesteld aan het nieuwe eiwit, om te zien of hun IgE-antilichamen erop reageren. Tot slot zetten onderzoekers steeds vaker in silico-voorspelling in: computermodellen en machine learning die op basis van duizenden bekende allergenen proberen te voorspellen welke eiwitstructuren risicovol zijn, nog voordat er een laboratoriumtest wordt gedaan.
Wat wil men ermee bereiken?
Het hoofddoel is eenvoudig: voorkomen dat mensen ziek worden van nieuwe voedingsmiddelen, zonder daarbij voedselinnovatie onnodig te vertragen. Regelgevers als de Europese Autoriteit voor Voedselveiligheid (EFSA) en de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) verplichten producenten van nieuwe voedingsmiddelen — onder de EU Novel Food-verordening of via een Amerikaanse GRAS-aanvraag ("Generally Recognized As Safe") — om allergeniciteitsdata te overleggen voordat een product op de markt mag.
Dat is nodig omdat de vraag naar alternatieve eiwitbronnen groeit: insecteneiwit en kweekvlees worden gepromoot als duurzamer dan traditioneel vlees, en genetisch gemodificeerde gewassen kunnen hogere opbrengsten of resistentie tegen ziektes bieden. Maar elke nieuwe eiwitbron is in principe een onbekende voor het immuunsysteem. Zonder gedegen allergeniciteitsonderzoek loopt men het risico op onverwachte gezondheidsincidenten na marktintroductie — met alle reputatie- en gezondheidsschade die daarbij horen. Het veld bestaat dus om innovatie en volksgezondheid met elkaar te verzoenen: nieuwe eiwitten mogelijk maken, zonder verrassingen voor mensen met bestaande allergieën.
Voorbeelden uit de praktijk
Een bekend voorbeeld is Impossible Foods, dat voor zijn plantaardige "bloedende" hamburger een sojaeiwit gebruikt genaamd leghemoglobine, geproduceerd met gist via gentechnologie. Bij de GRAS-aanvraag rond 2018-2019 moest het bedrijf aantonen dat dit eiwit geen nieuw allergeniciteitsrisico met zich meebrengt, onder meer via sequentievergelijking en digestibiliteitstests.
Voor insecteneiwit publiceerde EFSA in 2021 een positief advies over gedroogde meelwormlarven (Tenebrio molitor) als nieuw voedingsmiddel, gevolgd in 2022 door een advies over de huiskrekel. In beide opinies waarschuwt EFSA expliciet voor kruisreactiviteit: mensen met een allergie voor schaal- en schelpdieren of voor huisstofmijt kunnen ook reageren op insecteneiwit, vanwege gedeelde eiwitstructuren.
Een minder zichtbaar maar breed gebruikt hulpmiddel is de AllergenOnline-database, onderhouden door het FARRP-programma (Food Allergy Research and Resource Program) van de University of Nebraska-Lincoln. Deze database met duizenden bekende allergene eiwitsequenties wordt wereldwijd gebruikt door bedrijven en toezichthouders om nieuwe eiwitten — bijvoorbeeld in genetisch gemodificeerde gewassen — bio-informatisch te screenen op gelijkenis met bekende allergenen.
Ook mycoproteïne, bekend van het merk Quorn en al sinds de jaren tachtig op de markt, wordt sindsdien voortdurend gemonitord op allergiemeldingen, wat laat zien dat allergeniciteitsbeoordeling geen eenmalige exercitie is maar doorloopt na marktintroductie.
Bij kweekvlees, ontwikkeld door bedrijven als het Nederlandse Mosa Meat en het Amerikaanse Upside Foods, ligt de aandacht niet alleen op het spierweefsel zelf, maar ook op resteiwitten uit het kweekmedium waarin de cellen groeien. Zowel de FDA als EFSA verlangt van deze bedrijven dossiers waarin ook die restproducten op allergeniciteit worden beoordeeld, voordat commerciële verkoop wordt toegestaan.
Hoe ver is de techniek?
De basismethoden zijn internationaal gestandaardiseerd sinds de Codex Alimentarius-richtlijn uit 2003, die samen met een FAO/WHO-beslisboom de stapsgewijze aanpak vastlegde die nog steeds de basis vormt van vrijwel elke regelgevende beoordeling wereldwijd. In die zin is de kern van het vakgebied volwassen en breed geaccepteerd.
Het grote knelpunt zit in eiwitten die écht nieuw zijn, zonder gelijkenis met iets in bestaande databases. Sequentiehomologie en serumscreening werken goed zolang er iets bekends is om mee te vergelijken; bij eiwitten uit bijvoorbeeld nieuwe algen- of schimmelsoorten is die vergelijkingsbasis dunner, en moet men vertrouwen op indirectere tests zoals pepsine-resistentie, die niet waterdicht zijn. Diermodellen — waarin bijvoorbeeld muizen worden blootgesteld aan een eiwit — bestaan wel, maar geen enkel diermodel voorspelt betrouwbaar hoe het menselijk immuunsysteem zal reageren; dat blijft een erkend, onopgelost probleem in het vakgebied.
Kunstmatige intelligentie biedt hier perspectief: tools als AllerCatPro en AllergenFP proberen met machine learning-modellen, getraind op duizenden bekende allergenen, sneller en fijnmaziger te voorspellen welke eiwitstructuren risicovol zijn. Deze tools zijn veelbelovend in onderzoekscontext, maar nog niet formeel gevalideerd of officieel geaccepteerd door regelgevers als EFSA of FDA als vervanging van de klassieke testbatterij. Voorlopig blijven ze een aanvulling, geen vervanging.
Wie werken eraan?
In Europa speelt EFSA (European Food Safety Authority) de centrale rol bij het beoordelen van nieuwe voedingsmiddelen onder de Novel Food-verordening. In de Verenigde Staten doet de FDA vergelijkbaar werk via het GRAS-traject. Op mondiaal niveau stellen WHO en FAO, via het gezamenlijke Codex Alimentarius-comité, de basisrichtlijnen op waarop nationale toezichthouders voortbouwen.
Wetenschappelijk is de University of Nebraska-Lincoln, met het FARRP-programma en de AllergenOnline-database, een van de belangrijkste bronnen wereldwijd voor allergeendata. In Nederland doet Wageningen University & Research onderzoek naar voedselallergieën en de veiligheid van alternatieve eiwitbronnen, relevant gezien de Nederlandse ambities rond eiwittransitie.
Aan de bedrijfskant zijn het vooral de producenten van nieuwe eiwitbronnen zelf die allergeniciteitsdossiers moeten opbouwen: Impossible Foods voor plantaardig vlees, en Mosa Meat en Upside Foods voor kweekvlees, doorgaans in samenwerking met gespecialiseerde laboratoria en onder toezicht van de genoemde regelgevers.