Cette thèse actualise les connaissances de l'évaluation de l'allergénicité des aliments et son application au diagnostic de l'allergie alimentaire. Après la définition, les caractéristiques et la classification des allergènes alimentaires, les phénomènes physico-chimiques modifiant l'allergénicité des aliments ainsi que les réactivités croisées sont décrites. Ainsi sont introduits les outils cliniques et biologiques utiles au diagnostic de l'allergie alimentaire et à la détection des traces d'allergènes alimentaires. Une collaboration étroite entre cliniciens et chercheurs biologistes, permet d’optimiser la prise en charge diagnostique et thérapeutique de l’allergie alimentaire. Cette démarche se concrétise par la mise à disposition et l'utilisation de divers outils (développement d’allergènes recombinants, dosage de contaminants alimentaires dans des médicaments ou aliments, ...) et est illustrée par diverses mises en situation clinique réelles. / The aim of this thesis consists in reviewing the advanced knowledge about the evaluation of food allergenicity and the different applications to the diagnosis of food allergy. Definition, characteristics and classification of food allergens precede the description of physical and chemical factors involved in the modification and cross-reactivity of food allergens. This review leads to the current tools used for the in vivo and in vitro diagnosis of food allergy as well as the recent procedures which have been developed for the detection of allergen traces in industrial food. A close collaboration between clinicians and biologists improves the diagnosis procedures. This cooperation is illustrated by various clinical situations in which new tools (i.e. specific IgE to recombinant allergens, food allergen traces identification in meals or drugs) have improved the diagnostic procedures and consequent therapeutic measures.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La prévalence de l’allergie alimentaire est en constante augmentation. Parallèlement les consommations alimentaires et les aliments eux même évoluent. L’aliment, de plus en plus soumis aux traitements industriels, peut présenter une allergénicité modifiée. L’objet de cette thèse sera d’évaluer l’influence des différents procédés industriels sur l’immunoréactivité des protéines alimentaires modifiées. Les différentes études présentées dans l’ouvrage aborderont l’effet de la texturation sur les protéines de soja ou de l’extrusion sur les protéines de lin (traitement thermique), l’effet de l’incorporation de nouveaux ingrédients dans l’alimentation moderne (inuline, lin). L’allergénicité des protéines recombinantes (process biotechnologique) sera abordée au travers de deux études : l’une proposera les protéines recombinantes de l’arachide comme outil diagnostique, en particulier pour le test d’activation des basophiles ; L’autre cherchera à démontrer l’innocuité allergénique d’un lysozymes recombinant humain, qui sera utilisé en alimentation humaine. L’étude de ces propriétés allergéniques sera réalisée par les tests in vitro (prick tests et test de provocation orale) et par les tests in vitro (IgEs). Des études par immuno-empreinte (immunoblot et dot blot) et par spectrométrie infrarouge permettront d’identifier les protéines modifiées. Enfin des tests cellulaires (test d’activation des basophiles) seront également réalisés. / The prevalence of the food allergy is in constant increase. At the same time food consumptions and food they even evolve. The food, more and more subjected to the industrial treatments, can present a modified allergenicity. The aim of this thesis will be to estimate the influence of the various industrial processes on the immunoreactivity of modified food proteins. The various studies presented in the work will approach the effect of the texturisation on proteins of soy or the extrusion on flaxseed proteins (heat treatment), the effect of the incorporation of new ingredients in the modern food (inuline, flaxseed). The allergenicity of recombinant proteins (biotechnological process) will be approached through two studies: the one will propose peanut recombinant proteins as a diagnostic tool, in particular for the basophil activation test (BAT); other one will try to demonstrate the allergenic harmlessness of a recombinant human lysozyme, which will be used in human food. The study of these allergenic properties will be realized by the in vivo tests (prick tests) and by the in vitro tests (IgEs). Studies by immunoblot and by infrared spectrometry will allow identifying modified proteins. Finally cellular tests (BAT) will be also performed.

Les travaux présentés consistaient à étudier l'impact de l'inflammation des voies aériennes supérieures sur l'inflammation des voies aériennes inférieures, grâce à un modèle de provocations allergéniques nasales multiples. Dans la première partie, une revue de littérature a été effectuée pour repérer des instruments validés pour l'évaluation des symptômes lors de provocations allergéniques nasales. Aucun instrument validé n'a été trouvé, démontrant la difficulté de comparer les études portant sur ce sujet. Dans la deuxième partie, les réponses physiologiques et inflammatoires suite à des provocations allergéniques nasales multiples chez des sujets rhinitiques avec ou sans asthme ont été comparées. Chez les sujets non-asthmatiques, nous avons noté un écoulement nasal plus important que chez les sujets asthmatiques quoique ces derniers avaient davantage d'obstruction nasale. Une augmentation de l'inflammation des voies aériennes supérieures après 4 jours de provocations antigéniques a été observée dans les 2 groupes, mais sans induire d'augmentation significative de l'inflammation des voies aériennes inférieures. Nous avons noté une insuffisance de standardisation des études portant sur les provocations nasales. Un modèle de provocation allergénique nasale a ensuite été développé pour comparer les réponses physiologiques et inflammatoires de sujets rhinitiques avec ou sans asthme et des différences ont été notées entre les deux groupes étudiés pour ce qui est de ces dernières caractéristiques. Des études additionnelles sont requises afin de déterminer quelles seraient les méthodes optimales de provocation nasale afin de pouvoir mieux comparer les études entre elles, de mieux standardiser ces méthodes et ainsi aider à comprendre l'impact de la rhinite allergique sur l'asthme.

Le pollen des Graminées est l'un des principaux vecteurs d'allergènes. Il contribue à l'apparition des allergies respiratoires comme l'asthme et la rhinite allergique. En contact avec l'eau de pluie ou des polluants atmosphériques, le pollen peut libérer des microparticules (<5 !m) dites granules cytoplasmiques de pollen. À cause de leur taille, ces granules peuvent pénétrer plus profondément dans l'appareil respiratoire que le pollen entier et induire ainsi des réactions allergiques. L'objectif de ce travail est de caractériser l'allergénicité de ces granules selon 3 volets : épidémiologique, expérimental et analytique. Les résultats de l'étude épidémiologique mettent évidence un effet éventuel des granules dans la survenue des allergies respiratoires, et plus particulièrement de l'asthme. Dans la partie expérimentale, les résultats obtenus permettent de montrer que les granules induisent des réactions allergiques, humorales et cellulaires ainsi que des réponses inflammatoires, comparables au pollen entier, chez le rat Brown Norway, le modèle animal d'allergie ici utilisé. Enfin, la partie analytique permet de conclure que l'allergénicité des granules dépend à la fois de leur contenu en allergènes hydrosolubles et non-hydrosolubles.

Les allergies alimentaires à l'arachide et au lait posent un problème majeur de santé publique, en particulier chez les enfants. Nous avons développé un modèle cellulaire de dégranulation, afin d'analyser si la liaison d'un allergène à ses IgE spécifiques, mesurée in vitro, a bien la capacité de déclencher la phase effectrice de la réaction allergique. Ce modèle repose sur l'utilisation de la lignée cellulaire RBL SX-38 développée par JP Kinet, mastocytes de rat immortalisés et modifiés pour exprimer le récepteur de haute affinité aux IgE humaines. Le développement de ce modèle pour son utilisation en microplaques de 96 puits a consisté notamment en l'optimisation de différents paramètres critiques pour la réalisation des 2 phases du test : la phase de sensibilisation des cellules par les IgE de patients allergiques et la phase de déclenchement par les allergènes auxquels le patient est sensibilisé. Ce modèle a permis de montrer l'importance des caséines et des albumines 2S (Ara h 2 et Ara h 6) dans cette étape clé de la réaction allergique au lait et à l'arachide, confirmant les observations sérologiques et cliniques disponibles. L'effet de traitements thermiques sur l'allergénicité d'un allergène majeur de l'arachide (Ara h 1), a été évalué dans le cadre du programme européen EuroPrevall. Les résultats obtenus montrent la diminution de la réactivité d'Ara h 1 après chauffage de la protéine isolée en solution. Par contre, la même protéine préparée et purifiée à partir d'arachide grillée présente une forte réactivité. Ces résultats suggèrent qu'un traitement à température élevée de la graine entraine une augmentation de l'allergénicité de Ara h 1 du fait de ses interactions avec les autres constituants de la graine. Le modèle cellulaire de dégranulation développé apparaît être un outil pertinent pour l'étude de la fonctionnalité biologique de l'interaction allergène-IgE, permettant une meilleure compréhension de la relation entre la structure d'une protéine alimentaire et son allergénicité, voire une évaluation du risque allergique des aliments ne nécessitant pas d'essais cliniques systématiques.

Thèse ou mémoire avec insertion d’articles. / Mise en contexte : Les allergènes alimentaires peuvent se retrouver fortuitement par contamination croisée dans des produits de consommation préemballés. Pour prévenir les personnes allergiques, les industries agroalimentaires peuvent utiliser des mentions préventives, telles que « peut contenir X », « X » correspondant aux allergènes pouvant être présents dans le produit destiné à la consommation. Avec l'augmentation de l'utilisation de l'étiquetage préventif, le nombre de produits disponibles pour les personnes allergiques aux aliments a diminué. En effet, l'offre alimentaire étant moindre, certaines personnes allergiques prennent le risque de consommer ces produits, et parfois sans subir de réaction allergique. Des études internationales se sont intéressées à l'occurrence (ou la présence) de ces allergènes dans les produits préemballés avec mention préventive. La majorité des études a révélé que moins de 10 % des produits alimentaires contenaient les allergènes mentionnés dans l'étiquetage préventif, relevant leur surutilisation par les industries alimentaires. Cependant, l'occurrence des allergènes dans les produits préemballés n'est pas bien connue au Canada, avec uniquement une étude publiée en 2003 sur la présence d'arachides dans des barres de chocolat. Objectifs : Présenter le portrait canadien de l'occurrence de quatre allergènes prioritaires (lait, œuf, arachide et noisette) par contamination croisée dans des produits de consommation avec étiquetage préventif, et évaluer le risque de réaction allergique lorsqu'un des produits analysés est consommé par un individu allergique. L'objectif principal est de présenter aux industries alimentaires des seuils d'action pour ces quatre allergènes pour mieux gérer l'utilisation de l'étiquetage préventif tout en protégeant un maximum d'allergiques alimentaires. Méthode : Les catégories alimentaires les plus à risque de contenir des allergènes (responsables de la majorité des rappels d'aliments dus aux quatre allergènes ciblés) ont été sélectionnées. Les produits alimentaires avaient une mention préventive pour un ou plusieurs des quatre allergènes sélectionnés (lait, œufs, arachides, noisettes). Environ 3800 échantillons ont été analysés pour leur contenu en un ou plusieurs allergènes alimentaires (lait = 1225 échantillons; œufs = 840 échantillons; arachides = 871 échantillons; noisettes = 863 échantillons) par des méthodes ELISA quantitatives. Une évaluation quantitative du risque de réaction allergique a ensuite été réalisée pour l'allergène et les catégories alimentaires avec les occurrences les plus élevées, en utilisant des simulations de Monte Carlo de second degré. En tenant compte des données de consommation de l'Enquête sur la Santé des Collectivités Canadiennes de 2015 (ESCC-2015) et sur des essais cliniques menés chez des individus allergiques, des seuils d'action d'allergènes destinés aux industries alimentaires sont proposés. Résultats : L'occurrence était <10 % pour tous les allergènes à l'exception du lait (lait = 23 %, 2,5 - 6471 ppm; œufs = 7 %, 0,3 - 777 ppm; arachides = 5 %, 0,6 - 28,1 ppm; noisettes = 9 %, 0,4 - 2167 ppm). Le chocolat noir détenait l'occurrence (93%) et les niveaux de protéines de lait les plus élevés. L'exposition moyenne liée à la présence de lait dans le chocolat noir, les biscuits et les produits de boulangerie étaient respectivement de 24 mg, 0,2 mg, et 3,9 mg de protéines de lait. Sachant qu'un seuil clinique de 0,2 mg de protéines de lait permet de protéger 99 % de la population allergique au lait, toutes les valeurs d'exposition étant supérieures à ce seuil, les risques de réaction allergique sont réels. En effet, le risque de réaction allergique après consommation de chocolat noir était estimé à 16 %, à 4 % après consommation de produits de boulangerie, et à 0,6 % pour des biscuits. Une méthode de détermination de seuils d'action allergènes destinés à l'industrie a été développée en tenant compte des seuils cliniques (noisettes = 0,1 mg; lait, œufs, arachides = 0,2 mg) et des données de consommation de l'ESCC-2015. Ces seuils industriels étaient dépendant de la quantité consommée en une occasion, obtenue d'après l'ESCC-2015, ces seuils étant davantage conservateurs lorsque la quantité ingérée d'un aliment était élevée. Conclusion : L'occurrence des allergènes alimentaires dans les produits préemballés avec étiquetage préventif est relativement faible, à l'exception du lait (allergène) dans le chocolat noir. Des seuils industriels basés sur des données d'exposition canadiennes pourraient être utilisés comme outil d'évaluation et de gestion du risque allergique pour aider à mieux utiliser l'étiquetage préventif, et par conséquent améliorer l'offre alimentaire destinée aux personnes allergiques alimentaires. / Background: The inadvertent presence of food allergens in prepackaged products can be due to cross-contamination occurring in food industries. To warn allergic consumers that the product might not be suitable for them, food industries use precautionary allergen labeling (PAL), like "may contain X" - "X" corresponding to the allergens that might be present in the product intended for consumption. The use of PAL seems to be increasing, thus reducing the food offer towards allergic individuals. Having less products available, some allergic consumers take the risk of consuming foods with PAL, sometimes without experiencing symptoms of an allergic reaction. International studies reviewed the occurrence (or presence) of these allergens in prepacked foods with PAL. Most studies found that less than 10% of prepacked foods did contain the allergens mentioned in the PAL statement, suspecting PAL overuse by food industries. However, the occurrence of allergens is not well known in Canada, with only one study published in 2003 available on the presence of peanuts in chocolate bars. Objectives: Focusing on four priority allergens (milk, egg, peanut, hazelnut), provide the portrait of allergen cross-contamination in products with PAL sold in Canada and evaluate the risk of having an allergic reaction when an allergic individual adopts a risky behaviour by eating products with PAL. The main objective is to propose guidelines for food industries, such as industrial allergen action levels, to improve the use of precautionary allergen labeling while protecting a maximum of allergic individuals. Methods: High risk food categories were identified from past publications and foods involved in most recalls due to allergens in Canada. Food products chosen had a PAL statement for one or more of the selected allergens (milk, eggs, peanuts, hazelnuts). About 3,800 products were analyzed for their allergen content (milk=1,225; eggs=840; peanuts=871; hazelnuts=863) by quantitative ELISA methods. A quantitative risk assessment was undergone for the allergen and food categories with the highest occurrences, using second order Monte Carlo simulations. Industrial allergen action levels are proposed, computed using consumption data from the Canadian Community Health Survey of 2015 (CCHS-2015) and data from allergen clinical trials. Results: The occurrence of all allergens except milk was under 10% (milk=23%, 2.5 - 6471 ppm; eggs=7%, 0.3 - 777 ppm; peanuts=5%, 0.6 - 28.1 ppm; hazelnuts=9%, 0.4 - 2167 ppm). Dark chocolate had the highest occurrence (93%) and contamination levels for milk proteins. The average milk protein exposure in dark chocolate, cookies and baked goods were 24mg, 0.2mg, and 3.9mg milk proteins, respectively. All exposures were superior to the clinical threshold of 0.2mg milk proteins protecting 99% of the milk-allergic population. Thus, allergic reactions are expected to happen in 1% and more in milk-allergic individuals. The estimated risk of having and allergic reaction was 16% after consumption of dark chocolate, 4% for baked goods, and 0.6% for cookies. Clinical thresholds (hazelnuts=0.1mg; milk, eggs, peanuts=0.2mg) were used to calculate industrial allergen action levels for food manufacturers, depending on the quantity of the food commodity consumed on a single occasion (CCHS-2015). The greater the amount of food ingested, the more conservative the allergen action levels would be. Conclusion: The allergen occurrence in prepackaged products with PAL remains relatively low, except for the presence of milk in dark chocolate. The use of industrial allergen action levels based on Canadian exposure data can be used as a management and evaluation tool to determine the necessary use of PAL, and consequently improve the food offer towards allergic individuals.

Les allergies alimentaires à l'arachide et au lait posent un problème majeur de santé publique, en particulier chez les enfants. Nous avons développé un modèle cellulaire de dégranulation, afin d'analyser si la liaison d'un allergène à ses IgE spécifiques, mesurée in vitro, a bien la capacité de déclencher la phase effectrice de la réaction allergique. Ce modèle repose sur l'utilisation de la lignée cellulaire RBL SX-38 développée par JP Kinet, mastocytes de rat immortalisés et modifiés pour exprimer le récepteur de haute affinité aux IgE humaines. Le développement de ce modèle pour son utilisation en microplaques de 96 puits a consisté notamment en l'optimisation de différents paramètres critiques pour la réalisation des 2 phases du test : la phase de sensibilisation des cellules par les IgE de patients allergiques et la phase de déclenchement par les allergènes auxquels le patient est sensibilisé. Ce modèle a permis de montrer l'importance des caséines et des albumines 2S (Ara h 2 et Ara h 6) dans cette étape clé de la réaction allergique au lait et à l'arachide, confirmant les observations sérologiques et cliniques disponibles. L'effet de traitements thermiques sur l'allergénicité d'un allergène majeur de l'arachide (Ara h 1), a été évalué dans le cadre du programme européen EuroPrevall. Les résultats obtenus montrent la diminution de la réactivité d'Ara h 1 après chauffage de la protéine isolée en solution. Par contre, la même protéine préparée et purifiée à partir d'arachide grillée présente une forte réactivité. Ces résultats suggèrent qu'un traitement à température élevée de la graine entraine une augmentation de l'allergénicité de Ara h 1 du fait de ses interactions avec les autres constituants de la graine. Le modèle cellulaire de dégranulation développé apparaît être un outil pertinent pour l'étude de la fonctionnalité biologique de l'interaction allergène-IgE, permettant une meilleure compréhension de la relation entre la structure d'une protéine alimentaire et son allergénicité, voire une évaluation du risque allergique des aliments ne nécessitant pas d'essais cliniques systématiques.

Nous avons étudié les effets de l'exposition à de multiples polluants de l'air intérieur sur la santé allergique et respiratoire. Les éléments à considérer pour étudier ce phénomène étaient, d'une part, les corrélations entre polluants et d'autre part leurs effets potentiellement additifs et synergiques. Les analyses menées chez les adultes ont montré que les prévalences des symptômes allergiques et respiratoires étaient plus élevées dans les logements les plus multi-pollués, notamment par les composés organiques volatils (COV). En particulier, les effets sanitaires des COV étaient plus importants lorsque dans le logement il y avait aussi des allergènes d'animaux en excès. Les analyses menées chez les enfants ont montré qu'il était difficile de séparer les effets des différents polluants. Cependant, une mauvaise qualité d'air dans les écoles était associée à une augmentation du risque de symptômes respiratoires. Des analyses prenant en compte l'exposition totale à la pollution ont mis en cause des effets combinés des polluants physico-chimique sur la fonction respiratoire des enfants. Au total, la prise en compte de la pollution multiple a permis de mettre en avant l'effet délétère de certains polluants combinés à d'autres substances, alors que leurs effets isolés n'étaient pas détectés. Nos études ont montré que des associations étaient observées à des concentrations plus faibles que celles observées dans les études toxicologiques, impliquant les effets additifs et synergiques entre les polluants. En conclusion, nos résultats ont mis en évidence des effets combinés entre des polluants variés sur la santé allergique et respiratoire des adultes et des enfants.

La détection d’antigènes à large échelle s’avère être un enjeu majeur dans le secteur de la production alimentaire. Le défi persistant encore à ce jour est la détection spécifique et quantitative des protéines allergènes dans les produits commercialisés, comestibles, cosmétiques ou autres. La technique la plus répandue en industrie pour la détection de matériel biologique spécifique est le test enzyme-linked immunosorbent Assay (ELISA). ELISA permet un dosage de diverses protéines au sein d’un échantillon, mais ne détecte qu’un seul antigène à la fois, ce qui est couteux et peu efficace. La hausse des réactions allergiques notées chez la population de divers pays demande à ce qu’une technique plus efficace et moins couteuse soit développée. Dans le cadre de ce mémoire, une méthode alternative au test ELISA pour la détection d’allergènes de noix sera présentée. Cette nouvelle méthode appelée RIISA (Raman imaging immunosorbent assay), fait intervenir les propriétés de diffusion Raman de nanostructures de carbone, tel que les nanotubes et les nanocornes de carbone, pour les adapter comme sonde optique. L’objectif de ce travail est d’adapter cette méthode pour la détection triplex, permettant la reconnaissance RIISA entre trois couples d’antigène-anticorps, soit d’amande, de cachou et de noisette. Les sondes sont fonctionnalisées d’anticorps permettant la reconnaissance avec la protéine et comportent aussi un colorant encapsulé dans la cavité interne, ce qui permet la différenciation des couples. Le système de détection est couplé à l’imagerie Raman pour permettre une sensibilité plus aigüe du système. Un phénomène de réaction croisée entre les anticorps et les antigènes empêche toutefois de réaliser une détection en triplex. La preuve de concept sera donc démontrée en utilisant les trois monoplexes, et ce, avec divers colorants mettant en évidence la polyvalence du système de détection présenté. / Large scale antigen detection is a major issue in the food production sector. The challenge that still persists nowadays is the specific and quantitative detection of allergenic protein products on the market, whether edible, cosmetic or otherwise. The most widely used technique in the industry for the specific biological detection of allergens is the Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). This assay detects various proteins in a simple sample. The ELISA test can detect only one allergen at a time and its quantitative detection is limited. In addition, the increase in allergic reactions observed in the population of various countries require a more efficient and less expensive technique to be developed. As part of this master’s thesis, an alternative method to the ELISA assay to detect nut allergens will be presented. This assay, called Raman imaging immunosorbent assay (RIISA), uses carbon nanostructure based nanoprobes consisting of carbon nanotubes and nanohorns. The objective is to develop a triplex detection system using RIISA, that selectively recognizes between three antigen-antibody pairs, namely almond, cashew, and hazelnut. The dye encapsulated nanoprobes are functionalized with antibodies recognizing the protein and for simultaneously differentiating the couples. The presented detection system is coupled with Raman imaging and allows a more acute sensitivity of the system. However, cross reactions between the antibodies and the antigens prevent the triplex detection. The proof of concept will be demonstrated using the three monoplex couples with various dyes that highlight the versatility of the developed system.