Effect of environmental pollution on asthma due to soybean

Abstract

La soja es uno de los cultivos más valiosos del mundo y una importante fuente tanto de proteína vegetal como de aceite, pero también, es una causa de asma. En ciudades con puertos donde se carga o descarga soja, se han descrito brotes epidémicos de asma por soja. La medición de los niveles de aeroalérgenos de soja con métodos altamente sensibles es esencial en la evaluación de los riesgos para la salud que estos implican. En la actualidad, los aeroalérgenos de soja se cuantifican mediante ensayos ELISA que deben ser realizados en un laboratorio por personal especializado. Metodologías menos laboriosas, baratas y sencillas para medir los niveles de alérgenos de soja podrían ser una herramienta extremadamente útil. Por lo tanto, se ha investigado el desarrollo y rendimiento de un test rápido para la detección de aeroalérgenos de soja en muestras ambientales. El test rápido desarrollado detectó un amplio rango de concentraciones de aeroalérgenos de soja cuya interpretación visual tenía un grado de acuerdo substancial entre evaluadores independientes, una buena concordancia con los resultados obtenidos mediante ELISA, una buena correlación con los resultados de densitometría y una sensibilidad y especificidad adecuadas. El test desarrollado es rápido, sencillo y tiene un potencial considerable en el campo de la monitorización ambiental de los niveles de aeroalérgenos de soja. Debido a su simplicidad, este test rápido puede ayudar a mejorar el manejo de pacientes alérgicos a la soja, permitiendo controlar la exposición a los alérgenos ambientales sin la necesidad de tecnología o personal especializado. Aunque la comprensión de la patogénesis del asma alérgico ha aumentado sustancialmente, y la monitorización de los niveles de aeroalérgenos ha demostrado ser una medida eficaz, todavía existen pequeñas lagunas en nuestra comprensión del asma por soja. Todavía no se conoce cómo la contaminación puede interactuar, o modificar el efecto, de los alérgenos de soja. Las partículas diésel (DEP) son la fracción sólida de la mezcla compleja que genera un motor diésel y uno de los contaminantes antropogénicos más prevalentes en todo el mundo. La investigación en las últimas décadas ha proporcionado resultados que sugieren que las DEP puede incrementar la respuesta asmática producida por alérgenos, pero la capacidad de las DEP para hacerlo parece depender de una amplia gama de variables y el mecanismo subyacente todavía no se conoce en profundidad. El desarrollo de un modelo murino de exposición combinada a soja y DEP puede aumentar nuestra comprensión de la contribución de las DEP al desarrollo y exacerbación del asma, así como, de los mecanismos subyacentes a estos procesos. Este estudio con la estandarización de un nuevo modelo murino de asma y la evaluación del efecto combinado de los aeroalérgenos de soja y las DEP, muestra que la administración continua de alérgenos de soja a una cierta concentración es capaz de desencadenar una respuesta asmática. Además, también demuestra que la coexposición a los alérgenos de soja y las DEP puede producir una mayor respuesta asmática, aumentando la hiperreactividad de las vías respiratorias y la inflamación pulmonar incluso cuando la concentración de alérgeno de soja es incapaz por si sola de provocar una respuesta inflamatoria. Este modelo proporciona nuevas evidencias que apoyan que el mecanismo subyacente en el asma por soja es una respuesta mixta Th2/Th17, y también que las DEP son capaces de potenciar el efecto alergénico de la soja a través de un mecanismo mediado por Th17. Estos hallazgos sugieren que la monitorización de partículas como alternativa a la valoración de la exposición a las DEP puede ser una adición útil a la monitorización de alérgenos dentro de las estrategias de prevención de nuevos brotes de asma.

Soybean is one of the most valuable crops in the world, a major source of vegetable protein and oil, but also, a cause of asthma. In cities with ports where soybean is loaded or unloaded, community outbreaks of asthma have been described and attributed to inhalation of soybean dust. Measuring soybean aeroallergens levels with highly sensitive methods is essential in the assessment of health risks due to these airborne substances. Currently, soybean aeroallergens exposure in the environment is monitored using ELISA assays which must be evaluated in a specialized laboratory by skilled personnel. Cost-efficient, less labor-intensive technological procedures for monitoring soy allergens levels can be a very useful tool. Consequently, the development, performance and suitability of a rapid test for the detection of soybean aeroallergens in environmental samples was investigated. The rapid test developed detected a wide range of soybean aeroallergen concentrations with a substantial agreement in visual assay interpretations between independent evaluators, a good concordance with ELISA results, a strong correlation with densitometry results, and adequate sensitivity and specificity. The strip assay developed is rapid, simple, and has considerable potential in the environmental monitoring field for screening soy aeroallergens levels in port cities where allergen measurements are not currently performed. Due to its simplicity, the test will improve the management of soy allergic patients by controlling environmental allergen exposure without the need for apparatus or skilled personnel. Although the understanding of allergic asthma pathogenesis has increased substantially, and the effect of aeroallergen assessment shows to be effective, our current understanding about soybean asthma has some knowledge gaps, as is to know how pollution can interact or modify the effect of soybean allergens. Diesel exhaust particles (DEP) are the solid fraction of the complex mixture of diesel exhaust, and one of the most prevalent anthropogenic pollutants worldwide. Research over recent decades has provided very informative results, and has suggested that DEP can enhance allergen-driven asthmatic immunopathology, but the ability of DEP to do so appears highly dependent on a wide range of variables, and the underlying mechanism remains unclear. The experimental modelling of asthma, particularly the development of murine models, besides being very useful to further investigate the pathogenesis of the disease, can contribute to a deeper understanding of the effects of DEP over asthma. The development of a murine model of combined exposure to soybean and DEP can provide new insights to increase our understanding of the contribution of DEP to asthma development, exacerbation and the mechanisms underlying these processes. This study with the standardization of a novel murine model of asthma and the assessing of the combined effect of soybean aeroallergens and DEP, shows that the continuous administration of soybean allergens at a certain concentration is capable of triggering an asthmatic response. In addition, it also demonstrates that the coexposure to soybean allergens and DEP results in a stronger asthmatic response, increasing airway hyperresponsiveness and pulmonary inflammation even when the concentration of soybean allergen is incapable of promoting an inflammatory response by itself. This mouse model provides evidence that the mechanism underlying soybean asthma is a mixed Th2/Th17 response, and also that DEP is capable of enhancing the allergenic effect of soybean through a Th17-mediated mechanism. These findings suggest that particulate matter monitoring as a surrogate of DEP exposure may be a useful addition to the allergen monitoring in the attempt to prevent new asthma outbreaks.