Ökotoxikologie

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Mykotoxine

  • Sekundärmetabolite von Schimmelpilzen
  • kontaminieren viele verschiedene Feldfrüchte vor und nach der Ernte
  • die wichtigsten Mykotoxine: Aflatoxine, Deoxynivalenol, Ochratoxine, Fumonisine, Zearalenon, Patulin und T-2 Toxin
  • UN FAO: > 25 % der Weltagrarproduktion ist kontaminiert mit Mykotoxinen

     

Ochratoxine

  • werden von Aspergillus und Penicilium Spezies produziert
  • verschiedene Isoformen kommen natürlicherweise vor und werden oft co-produziert
  • Ochratoxin A (OTA) ist das häufigste und wichtigste Toxin
  • als Humankarzinogen eingestuft
  • kann im Gewebe von Tieren akkumulieren (Fleich und Fleischprodukte können kontaminiert sein)
  • behördliche Grenzwerte wurden in vielen Ländern der Erde festgelegt
  • Kontamination resultiert aus suboptimaler Lagerung von Getreide, Kaffee, Wein und deren Produkten, daher kann OTA ubiquitär als Kontaminant in Lebens- und Futtermitteln gefunden werden.
  • Aufgrund der Produktbreite, in der OTA gefunden wird, ist eine Aufnahme durch die Ernährung unvermeidbar.
  • Geschätzte tägliche OTA-Aufnahme des Menschen: 85 ng/ Tag oder 1.2 ng/ kg mit resultierenden Plasmalevels von 0.5 ng/ ml (mit starker Varianz in Abhängigkeit der individuellen oder regionalen Ernährungsgewohnheiten)
  • immunotoxisch, teratogen und karzinogen in verschiedenen Labortieren
  • Wirkmechanismus wurden bisher nicht detailliert aufgeklät
  • Chronische OTA-Exposition wird mit erhöhter Indzidenz einer fulminanten Nephropathie (Balkan Endemic Nephropathy, BEN) und Urothelialtumoren im Menschen in Verbindung gebracht.

Patulin

  • produziert von Penicillium und Aspergillus Spezies
  • Kontamiantion kommt v.a. in beschädigten oder verfaulenden Früchten wie z.B. Äpfeln, Birnen, Pfirsichen oder Weintrauben vor.
  • möglicherweise karzinogen

Citrinin

  • wird überwiegend von Schimmelpilzen der Gattung Penicillium, sowie von einigen Arten von Aspergillus gebildet
  • Citrinin kommt natürlicherweise in Ländern mit gemäßigtem Klima vor, weil die produzierenden Penicillium-Arten eher tiefere Temperaturen bevorzugen
  • Man findet das Schimmelpilzgift in Gerste, Hafer, Roggen, Weizen, Maismehl, Leinsamenschrot, Erdnüssen und den daraus hergestellten Produkten
  • Citrinin kommt häufig in Kombination mit Ochratoxin vor

Projekte und Förderung (Auswahl)

Etablierung und Charakterisierung von in vitro Modellen

In unserem Labor wurden in den letzten Jahren eine Reihe primärer Zellkulturen verschiedender Spezies etabliert, z.B. Mensch, Ratte und Schwein. Darüberhinaus werden Zelllinien (NRKs, LLC-PK1, IHKE) routinemäßig eingesetzt.

Alle diese Kulturen wurden umfangreich charakterisiert, z.B.:

  • Wachstumsverhalten (Zellzyklusanalyse, Zellzahl)
  • Morphologie (Phasenkontrast-Licht- und Fluoreszenzmikroskopie) und Ultrastruktur (TEM)
  • Transporterproteine und Transport (RT-PCR, Immuncytochemie, Aufnahme radioaktiv markierter Transportsubstanzen
  • Zytotoxizität (Zellzahl, MTT Reduktion, Neutralrotaufnahme, Kristallviolett)
  • Zytoskelettmarker
  • Enzymverteilung

Produktion und Charakterisierung monoklonaler Antikörper gegen OTB

Kürzlich wurde ein monoklonaler OTB-Antikörper produziert und charakterisiert  (Heussner, A.H. et al., Food Chem Toxicol. 45(5): 827-833 (2007). Weitere Studien beinhalteten den einsatz dieses Antikörpers für Westernblot Analysen und ELISA. Teile dieses Projektes wurden durch die Stiftung “Umwelt und Wohnen” (UNi Konstanz) gefördert.

Zytotoxizität

Die Zytotoxizität dieser Toxine wurde unter verschiedenen Bedingungen untersucht, u.a. akute individuelle Effekte, Effekte der wiederholten Exposition und Mischungstoxizität (Heussner A.H. et al., Toxicol In Vitro 20(3):332-41 (2006); O'Brien E. et al., Toxicol Sci. 63(2):256-64 (2001); Heussner, A.H. et al, Toxicol In Vitro 21(1):72-80 (2007), etc.)

Kanzerogenität

Unsere Forschungim Bereich Kanzerogenität von OTA beschäftigt sich v.a. mit der Entwicklung relevanter in vitro Modelle zur Untersuchung der Mechnismen der beobachtenen Effekte um eine verlässliche Risikoabschätzung für den Menschen zu erlauben. Dies ist von besonderer Bedeutung, nachdem wir herausfanden, dass die Halbwertszeit von OTA im Menschen ca. 20-30 Mal länger ist als in Ratten.Teile dieser Forschung wurden durch das BMBF gefördert.

Fibrose/ EMT

Teile dieser Studien wurden durch die Stiftung “Umwelt und Wohnen” (UNi Konstanz) gefördert.

Teratogenetät

OTA ist teratogen in einer Reihe von Tiermodellen, z.B. Ratte, Maus, Hamster und Huhn, wobei die am häufigsten beobachtenen Missbildungen reduziertes Geburtsgewicht und Schädel-Gesichts-Abnormalitäten darstellen. Das teratogene Potential von OTA und der der teratogene Wirkmechanismus sind weitgehend unerforscht. Wr verwenden hierzu das FETAX-System, ein Xenopus laevis Embryotoxizitätstest mit hoher Korrelation zu Tiermodellen und epidemiologischen Daten. Mit diesem System können große Probenzahlen analysiert werden, was es zu einem nützliches Werkzeug zur Untersuchung der OTA-vermittelten Teratogenese macht. (O’Brien, E. et al., Birth Defects Research B 74: 417-423 (2005)).

Teile dieser Untersuchungen wurden durch ein Alexander von Humboldt Postdoc-Stipendium gefördert.