Cereal products for specific dietary requirements. Evaluation and improvement of technological and nutritional properties of gluten free raw materials and end products

Coeliac disease is one of the most common food intolerances worldwide and at present the gluten free diet remains the only suitable treatment. A market overview conducted as part of this thesis on nutritional and sensory quality of commercially available gluten free breads and pasta showed that improvements are necessary. Many products show strong off-flavors, poor mouthfeel and reduced shelf-life. Since the life-long avoidance of the cereal protein gluten means a major change to the diet, it is important to also consider the nutritional value of products intending to replace staple foods such as bread or pasta. This thesis addresses this issue by characterising available gluten free cereal and pseudocereal flours to facilitate a better raw material choice. It was observed that especially quinoa, buckwheat and teff are high in essential nutrients, such as protein, minerals and folate. In addition the potential of functional ingredients such as inulin, β-glucan, HPMC and xanthan to improve loaf quality were evaluated. Results show that these ingredients can increase loaf volume and reduce crumb hardness as well as rate of staling but that the effect diverges strongly depending on the bread formulation used. Furthermore, fresh egg pasta formulations based on teff and oat flour were developed. The resulting products were characterised regarding sensory and textural properties as well as in vitro digestibility. Scanning electron and confocal laser scanning microscopy was used throughout the thesis to visualise structural changes occurring during baking and pasta making

Dépistage sérologique de la maladie coeliaque: quel test utiliser?

Editorial

The Dietary Approaches to Stop Hypertension (DASH) eating pattern in special populations.

The Dietary Approaches to Stop Hypertension (DASH) trial showed that a diet rich in fruits, vegetables, low-fat dairy products with reduced total and saturated fat, cholesterol, and sugar-sweetened products effectively lowers blood pressure in individuals with prehypertension and stage I hypertension. Limited evidence is available on the safety and efficacy of the DASH eating pattern in special patient populations that were excluded from the trial. Caution should be exercised before initiating the DASH diet in patients with chronic kidney disease, chronic liver disease, and those who are prescribed renin-angiotensin-aldosterone system antagonist, but these conditions are not strict contraindications to DASH. Modifications to the DASH diet may be necessary to facilitate its use in patients with chronic heart failure, uncontrolled diabetes mellitus type II, lactose intolerance, and celiac disease. In general, the DASH diet can be adopted by most patient populations and initiated simultaneously with medication therapy and other lifestyle interventions.

Inorganic arsenic contents in rice-based infant foods from Spain, UK, China and USA

Spanish gluten-free rice, cereals with gluten, and pureed baby foods were analysed for total (t-As) and inorganic As (i-As) using ICP-MS and HPLC-ICP-MS, respectively. Besides, pure infant rice from China, USA, UK and Spain were also analysed. The i-As contents were significantly higher in gluten-free rice than in cereals mixtures with gluten, placing infants with celiac disease at high risk. All rice-based products displayed a high i-As content, with values being above 60% of the t-As content and the remainder being dimethylarsinic acid (DMA). Approximately 77% of the pure infant rice samples showed contents below 150 µg kg(-1) (Chinese limit). When daily intake of i-As by infants (4-12 months) was estimated and expressed on a bodyweight basis (µg d(-1) kg(-1)), it was higher in all infants aged 8-12 months than drinking water maximum exposures predicted for adults (assuming 1 L consumption per day for a 10 µg L(-1) standard).

Market Basket Survey Shows Elevated Levels of As in South Central U.S. Processed Rice Compared to California: Consequences for Human Dietary Exposure:consequences for human dietary exposure

We report the largest market basket survey of arsenic (As) in U.S. rice to date. Our findings show differences in transitional-metal levels between polished and unpolished rice and geographical variation in As and selenium (Se) between rice processed in California and the South Central U.S. The mean and median As grain levels for the South Central U.S. were 0.30 and 0.27 µg As g-1, respectively, for 107 samples. Levels for California were 41% lower than the South Central U.S., with a mean of 0.17 µg As g-1 and a median of 0.16 µg As g-1 for 27 samples. The mean and median Se grain levels for the South Central U.S. were 0.19 µg Se g-1. Californian rice levels were lower, averaging only 0.08 and 0.06 µg Se g-1 for mean and median values, respectively. The difference between the two regions was found to be significant for As and Se (General Linear Model (GLM):? As p < 0.001; Se p < 0.001). No statistically significant differences were observed in As or Se levels between polished and unpolished rice (GLM:? As p = 0.213; Se p = 0.113). No significant differences in grain levels of manganese (Mn), cobalt (Co), copper (Cu), or zinc (Zn) were observed between California and the South Central U.S. Modeling arsenic intake for the U.S. population based on this survey shows that for certain groups (namely Hispanics, Asians, sufferers of Celiac disease, and infants) dietary exposure to inorganic As from elevated levels in rice potentially exceeds the maximum intake of As from drinking water (based on consumption of 1 L of 0.01 mg L-1 In. As) and Californian state exposure limits. Further studies on the transformation of As in soil, grain As bioavailability in the human gastrointestinal tract, and grain elemental speciation trends are critical.

Arsenic Contents in Spanish Infant Rice, Pureed Infant Foods, and Rice

It seems there is a positive correlation between rice content and arsenic level in foods. This is of extraordinary importance for infants below 1 y of age because their diet is very limited and in some cases is highly dependent on rice-based products; this is particularly true for infants with the celiac disease because they have no other option than consume gluten-free products, such as rice or corn. Arsenic contents were significantly higher (P <0.001) in gluten-free infant rice (0.057 mg kg-1) than in products with gluten, based on a mixture of cereals (0.024 mg kg-1). Besides, especial precaution must be taken when preparing rice-based products at home, because arsenic content in Spanish rice was high, with levels being above 0.3 mg kg-1 in some cases.

Adenovirus 12 E1A gene detection by polymerase chain reaction in both the normal and coeliac duodenum

A 12 amino acid sequence from the adenovirus 12 E1B protein is homologous at the protein level with a similar 12-mer derived from the wheat protein A-gliadin. It has been suggested that exposure to Ad 12 could sensitise individuals to gliadins with resultant gluten sensitive enteropathy. In this study, the polymerase chain reaction (PCR) was used to analyse duodenal biopsy tissue from patients with coeliac disease for the presence of Ad 12. The sensitivity of the assay system was at least 1 in 10(5) cells and specificity was confirmed both by probing with an internal oligonucleotide and by direct sequencing. Ad 12 sequences were detected in three of 17 patients with adult coeliac disease and in five of 16 adult controls with normal duodenal biopsies. Since exposure to the virus would be predicted to occur in infancy we also studied patients with childhood coeliac disease diagnosed at less than 1 year of age. Ad 12 was positive in three of 10 childhood coeliac patients and one of seven controls. In addition, we studied a cohort of patients who presented with a diarrhoeal illness and associated anti alpha gliadin antibodies in 1983. These patients had duodenal biopsies performed at this time. One of three patients with abnormal histology had detectable Ad 12 while two of 14 with normal findings were positive for Ad 12. Finally, the potential oncogenic nature of Ad 12 prompted examination of a group of patients with intestinal tumours. Ad 12 DNA was, however, in only two of 19 tumour samples tested. These data indicate that Ad 12 can be successfully detected using PCR on paraffin embedded tissue. Furthermore, Ad 12 was detected at a relatively high level in normal duodenum. The results do not, however, support the hypothesis that prior exposure to Ad 12 is implicated in the pathogenesis of coeliac disease.

Abundant genetic overlap between blood lipids and immune-mediated diseases indicates shared molecular genetic mechanisms

Epidemiological studies suggest a relationship between blood lipids and immune-mediated diseases, but the nature of these associations is not well understood. We used genome-wide association studies (GWAS) to investigate shared single nucleotide polymorphisms (SNPs) between blood lipids and immune-mediated diseases. We analyzed data from GWAS (n~200,000 individuals), applying new False Discovery Rate (FDR) methods, to investigate genetic overlap between blood lipid levels [triglycerides (TG), low density lipoproteins (LDL), high density lipoproteins (HDL)] and a selection of archetypal immune-mediated diseases (Crohn's disease, ulcerative colitis, rheumatoid arthritis, type 1 diabetes, celiac disease, psoriasis and sarcoidosis). We found significant polygenic pleiotropy between the blood lipids and all the investigated immune-mediated diseases. We discovered several shared risk loci between the immune-mediated diseases and TG (n = 88), LDL (n = 87) and HDL (n = 52). Three-way analyses differentiated the pattern of pleiotropy among the immune-mediated diseases. The new pleiotropic loci increased the number of functional gene network nodes representing blood lipid loci by 40%. Pathway analyses implicated several novel shared mechanisms for immune pathogenesis and lipid biology, including glycosphingolipid synthesis (e.g. FUT2) and intestinal host-microbe interactions (e.g. ATG16L1). We demonstrate a shared genetic basis for blood lipids and immune-mediated diseases independent of environmental factors. Our findings provide novel mechanistic insights into dyslipidemia and immune-mediated diseases and may have implications for therapeutic trials involving lipid-lowering and anti-inflammatory agents.

Relatório de estágio em nutrição em pediatria

Relatório de estágio de mestrado, Nutrição Clínica, Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2014

A Life without Gluten: Dietary Adherence, Physical Activity and Motives

The purpose of this study was to look at individuals living on a gluten-free diet (GFD), their dietary adherence, PA levels and the reasons why they engage in these lifestyle behaviours consistent with Organismic Integration Theory (Deci & Ryan, 2002). Participants (N = 202; Mage = 42.35 years, SDage = 12.43 years) completed a series of online questionnaires. GFD adherence (74.7%) across the previous week was consistent with existing literature (Dowd et al., 2013), but participant physical activity scores were higher than reported normative values (p = .00; Wilson et al., 2010). Specific motives predicted gluten-free dietary adherence (i.e., integrated and identified regulations) and PA (i.e., intrinsic and identified regulations; p < .05). Findings may be used by health professionals to inform behavioural interventions consistent with OIT (Deci & Ryan, 2002).

Une nouvelle stratégie de traitement de la maladie cœliaque basée sur les polymères séquestrants

La maladie cœliaque ou sprue cœliaque est une intolérance au gluten. Il s’agit d’une maladie inflammatoire de l’intestin liée à l’ingestion de gluten chez des personnes génétiquement susceptibles. Ce désordre présente une forte prévalence puisqu’il touche 1 % de la population mondiale. En l’état actuel des choses, il n’existe aucun outil pharmacologique pour traiter ou pallier à cette maladie. Cependant, grâce aux avancées dans la compréhension de sa pathogenèse, de nouvelles cibles thérapeutiques ont été identifiées. À l’heure actuelle, le seul traitement efficace consiste à suspendre la consommation de l’agent pathogène, à savoir le gluten. Le gluten est un ensemble de protéines de stockage des céréales contenu dans le blé, l’orge et le seigle. Le gluten du blé se subdivise en gluténines et gliadines. Ce sont ces dernières qui semblent les plus impliquées dans la maladie cœliaque. Les gliadines et ses protéines apparentées (i.e. sécalines et hordéines, respectivement dans le seigle et l’orge) sont riches en prolines et en glutamines, les rendant résistantes à la dégradation par les enzymes digestives et celles de la bordure en brosse. Les peptides résultant de cette digestion incomplète peuvent induire des réponses immunitaires acquises et innées. L’objectif principal de cette thèse était de tester un nouveau traitement d’appoint de la maladie cœliaque utile lors de voyages ou d’évènements ponctuels. Dans les années 80, une observation italienne montra l’inhibition de certains effets induits par des gliadines digérées sur des cultures cellulaires grâce à la co-incubation en présence de mannane: un polyoside naturel composé de mannoses. Malheureusement, ce traitement n’était pas applicable in vivo à cause de la dégradation par les enzymes du tractus gastro-intestinales du polymère, de par sa nature osidique. Les polymères de synthèse, grâce à la diversité et au contrôle de leurs propriétés physico-chimiques, se révèlent être une alternative attrayante à ce polymère naturel. L’objectif de cette recherche était d’obtenir un polymère liant la gliadine, capable d’interférer dans la genèse de la maladie au niveau du tube digestif, afin d’abolir les effets délétères induits par la protéine. Tout d’abord, des copolymères de type poly (hydroxyéthylméthacrylate)-co-(styrène sulfonate) (P(HEMA-co-SS)) ont été synthétisés par polymérisation radicalaire contrôlée par transfert d’atome (ATRP). Une petite bibliothèque de polymères a été préparée en faisant varier la masse molaire, ainsi que les proportions de chacun des monomères. Ces polymères ont ensuite été testés quant à leur capacité de complexer la gliadine aux pH stomacal et intestinal et les meilleurs candidats ont été retenus pour des essais cellulaires. Les travaux ont permis de montrer que le copolymère P(HEMA-co-SS) (45:55 mol%, 40 kDa) permettait une séquestration sélective de la gliadine et qu’il abolissait les effets induits par la gliadine sur différents types cellulaires. De plus, ce composé interférait avec la digestion de la gliadine, suggérant une diminution de peptides immunogènes impliqués dans la maladie. Ce candidat a été testé in vivo, sur un modèle murin sensible au gluten, quant à son efficacité vis-à-vis de la gliadine pure et d’un mélange contenant du gluten avec d’autres composants alimentaires. Le P(HEMA-co-SS) a permis de diminuer les effets sur les paramètres de perméabilité et d’inflammation, ainsi que de moduler la réponse immunitaire engendrée par l’administration de gliadine et celle du gluten. Des études de toxicité et de biodistribution en administration aigüe et chronique ont été réalisées afin de démontrer que ce dernier était bien toléré et peu absorbé suite à son administration par la voie orale. Enfin des études sur des échantillons de tissus de patients souffrants de maladie cœliaque ont montré un bénéfice therapeutique du polymère. L’ensemble des travaux présentés dans cette thèse a permis de mettre en évidence le potentiel thérapeutique du P(HEMA-co-SS) pour prévenir les désordres reliés à l’ingestion de gluten, indiquant que ce type de polymère pourrait être exploité dans un avenir proche.

Facteurs génétiques de prédisposition à la maladie coeliaque et l'oesophagite éosinophilique

Les maladies immunitaires chroniques incluant les maladies auto-immunes et inflammatoires touchent 20 à 25% de la population des pays occidentaux. La comparaison des taux de concordance chez les jumeaux ou l’histoire familiale de sujets atteints de la maladie cœliaque (maladie auto-immune de l’intestin) ou de l’œsophagite éosinophilique (maladie inflammatoire de l’œsophage) indiquent que des facteurs génétiques et environnementaux interviennent dans la susceptibilité à ces maladies. Cependant, ces études ne distinguent pas de manière claire la prédisposition génétique selon l’hétérogénéité clinique (enfants versus adultes) ou ethnique (stratification des populations). Méthodes. Les haplotypes HLA de prédisposition à la maladie cœliaque et les polymorphismes des gènes candidats IL-13 (R130Q), IL-5 (-746 T/G) et IL-5R (-80A/G) impliqués dans la physiopathologie de l’œsophagite éosinophilique, ont été caractérisés par la technique PCR-SSP sur l’ADN génomique. Résultats: Nos études familiales et cas-contrôles réalisées chez une population Québécoises avec un fond génétique très homogène nous a permis : i) d’éviter le problème de stratification des populations, ii) de confirmer que les gènes HLA sont également associés à la maladie cœliaque (enfants et adultes) au Québec comme dans les autres populations Caucasiennes, iii) de mettre en évidence le rôle du gène IL-13 dans la prédisposition à l’œsophagite éosinophilique (garçons et filles) et d’exclure les gènes IL-5 et IL-5R comme facteurs de susceptibilité dans notre population. Conclusion: Ce travail confirme pour la première fois l’impact des gènes HLA dans la prédisposition à la maladie cœliaque et le rôle du facteur génétique dans l’œsophagite éosinophilique chez une population Canadienne Française avec un fond génétique ayant un fort effet fondateur.

La maladie cœliaque et les allergies alimentaires sévères : les effets sur les relations sociales au Québec.

Cette recherche porte sur les conséquences sociales, au Québec, de la maladie cœliaque et des allergies alimentaires. Elle vise à expliquer et comprendre comment la maladie cœliaque et les allergies alimentaires influencent les relations sociales, les activités sociales et les perceptions des personnes qui vivent avec ces conditions, ainsi que celles de leurs proches. Pour ce faire, des entrevues semi-dirigées ont été effectuées auprès de 11 participants qui étaient soit cœliaque, allergique ou membre de l’entourage. Durant ces entrevues, il a été question de diagnostic, d’accidents alimentaires, d’accessibilité, d’activités amicales, de la réaction et de l’adaptation de la famille, de perceptions et de relations amoureuses. Une comparaison, entre les expériences des cœliaques et des allergiques, est réalisée suite à la description celles-ci. Les données d’entrevues ont été analysées avec le concept d’habitus de Bourdieu (1980), les concepts d’agency et de règles de Giddens (1979), les concepts d’exclusion et d’identité ainsi qu’avec les différentes définitions de la maladie et une échelle de gravité des perceptions. De cette recherche, on notera que les perceptions de la maladie sont différentes chez les cœliaques et les allergiques. La maladie cœliaque tend à être moins prise en charge par les professionnels de la santé et être considérée avec moins de sérieux, par les cœliaques et la population générale, que les allergies alimentaires. Les deux conditions amènent une modification de l’habitus et une période d’adaptation. Par contre, cet exercice semble être plus difficile et complexe pour les cœliaques que les allergiques, dû à l’âge où la condition est découverte. Dépendant de la souplesse de l’habitus individuel et de groupe, la confrontation à cette reformulation de l’habitus se produira plus ou moins bien. Dans le cas où la confrontation prend une tangente négative, il en découlera une désapprobation sociale ou un déni personnel qui mènera à l’exclusion. La littérature indique généralement que la qualité de vie des cœliaques et des allergiques diminue progressivement avec le temps, entraînant des conséquences négatives au niveau social, émotif et physique. Mes participants semblent, toutefois, bien vivre avec leur condition respective puisqu’ils profitent d’un bon support de la part de leur entourage.

Inhibition réversible et photomarquage de la transglutaminase tissulaire

La transglutaminase tissulaire est une enzyme dépendante du calcium qui catalyse la formation de liens isopeptidiques, entre les chaînes latérales de résidus glutamine et lysine, permettant, par le fait même, la réticulation des protéines dans les systèmes biologiques. Elle joue un rôle, entre autres, dans l’endocytose, la régulation du développement des cellules, et même dans l’apoptose. Néanmoins, une dérégulation de l’activité biologique de cette enzyme peut entrainer différentes pathologies, comme la formation de cataractes, de plaques amyloïdes dans la maladie d’Alzheimer, ou encore peut mener au développement de la maladie céliaque. C’est pourquoi une meilleure connaissance du mécanisme d’action de cette enzyme et la possibilité de réguler son action à l’aide de substrats ou d’inhibiteurs sont nécessaires. Dans cette optique, une méthode d’expression et de purification de la transglutaminase humaine a été développée, permettant de travailler directement avec la cible pharmacologique désirée. De plus, une étude du mode d’inhibition et de liaison d’une classe d’inhibiteurs réversibles précédemment découverte dans le groupe, soit la famille des trans-cinnamoyles, a permis d’identifier que la puissance de ces molécules est influencée par la présence du calcium et qu’une inhibition dépendante du temps est observée, en lien avec un potentiel équilibre conformationnel lent de la transglutaminase. D’un autre côté, la susceptibilité à une attaque nucléophile par des thiols de cette classe de molécule rend leur potentiel pharmacologique grandement diminué, et c’est pourquoi une nouvelle famille de molécules a été identifiée, basée sur un squelette ynone, avec une valeur d’IC50 très prometteuse de 2,6 μM, en faisant un des meilleurs inhibiteurs réversibles de la transglutaminase développés à ce jour. Finalement, une stratégie de photomarquage jumelée à une analyse de spectrométrie de masse en tandem a été développée pour la découverte du site de liaison du substrat dérivé de la lysine, dans le but de mieux comprendre le mécanisme complexe de cette enzyme.

How do autoimmune diseases cluster in families? A systematic review and meta-analysis

Background: A primary characteristic of complex genetic diseases is that affected individuals tend to cluster in families (that is, familial aggregation). Aggregation of the same autoimmune condition, also referred to as familial autoimmune disease, has been extensively evaluated. However, aggregation of diverse autoimmune diseases, also known as familial autoimmunity, has been overlooked. Therefore, a systematic review and meta-analysis were performed aimed at gathering evidence about this topic. Methods: Familial autoimmunity was investigated in five major autoimmune diseases, namely, rheumatoid arthritis, systemic lupus erythematosus, autoimmune thyroid disease, multiple sclerosis and type 1 diabetes mellitus. Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analysis (PRISMA) guidelines were followed. Articles were searched in Pubmed and Embase databases. Results: Out of a total of 61 articles, 44 were selected for final analysis. Familial autoimmunity was found in all the autoimmune diseases investigated. Aggregation of autoimmune thyroid disease, followed by systemic lupus erythematosus and rheumatoid arthritis, was the most encountered. Conclusions: Familial autoimmunity is a frequently seen condition. Further study of familial autoimmunity will help to decipher the common mechanisms of autoimmunity.