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Vorkommen und zelltoxische Untersuchungen von gemeinsam auftretenden Mykotoxinen

Projekt

Ernährung und Verbraucherschutz

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Ernährung und Verbraucherschutz


Förderkennzeichen: MRI-GE-08-13-01
Laufzeit: 01.12.2012 - 31.05.2019
Forschungszweck: Angewandte Forschung

Die durch Penicillium verrucosum gebildeten Mykotoxine Ochratoxin A und Citrinin können unter bestimmten Lagerbedingungen zusammen gebildet werden. Unklar ist, ob die Bioverfügbarkeit der Toxine durch deren gemeinsames Auftreten beeinflußt wird. Darüber hinaus gibt es zum gemeinsamen Vorkommen in verschiedenen Getreidearten und deren Produkten einen Datennotstand, der behoben werden soll. 

Die Mykotoxine Ochratoxin A (OTA A) und Citrinin (CIT) werden von verschiedenen Schimmelpilzen der Gattungen Penicillium und Aspergillus als Sekundärmetaboliten gebildet und sind als humantoxische Kontaminanten in Lebens- und Futtermitteln nachweisbar. Sowohl OTA als auch CIT werden für nephrotoxische, reproduktionstoxische, embryotoxi-sche und hepatotoxische Effekte verantwortlich gemacht. OTA ist von der IARC als mögliches Humankanzerogen eingestuft, bzgl. Citrinin ist die toxikologische Datenlage für eine Einstufung als Kanzerogen jedoch noch nicht hinreichend. Zahlreiche analytische Studien konnten die gleichzeitige Anwesenheit von CIT und OTA in Getreide, Lebens- und Futtermitteln nachweisen. Der Hauptaufnahmeweg für diese Toxine ist durch den Verzehr kontaminierter Lebensmittel der Gastrointestinaltrakt, über den sie nach Passage der Darmwand in den Blutkreislauf gelangen. Dieses Organsystem ist als Organ des primären Toxinkontakts und der höchsten Toxinexposition somit naturgemäß von der höchsten Stoffbelastung betroffen. Dies gilt vor allem für den Dünndarm, aus dem die Resorption quantitativ bedeutsam sein kann und in dem auch eine lokale Schädigung nicht auszuschließen ist. Schädigende Einflüsse verschiedener Mykotoxine auf den Darm sind mittlerweile beschrieben. Schäden der Darmwandbarriere begünstigen die Aufnahme von Antigenen und Pathogenen aus dem Darmlumen in den Körper mit der Folge der potentiellen Entstehung von lokalen Darmerkrankungen oder systemischen Krankheiten. Eine Beeinträchtigung der Integrität der Epithelzellbarriere des Darms steht dabei am Anfang solcher pathologischer Prozesse. Während in vitro und in vivo Studien zur gastrointestinalen Toxizität verschiedener Mykotoxine, einzeln oder in Kombination mit anderen, publiziert wurden, gibt es nur wenige diesbezügliche Untersuchungen zu OTA A und noch keine zu CIT. Zur Untersuchung des Transports von Nahrungsinhaltsstoffen oder Pharmaka durch die Epithelzellen der menschlichen Dünndarmwand wird weltweit das Caco-2 Zellmodell verwendet. Die besondere Eignung dieser Zelllinie ist darin begründet, dass konfluente Caco-Zellen nach 21-28 tägiger Kulturdauer morphologisch und biochemisch viele Eigenschaften von Enterozyten des menschlichen Dünndarms aufweisen. Diese bilden etwa 80% der Zellen des Dünndarmepithels. Werden Caco-Zellen auf geeigneten Membranen (Transwell®-System) kultiviert, so ermöglicht dies die Untersuchung des transzellulären Transports von Stoffen mit pharmazeutischen oder ernährungsrelevanten Eigenschaften. Die Transportvorgänge in Caco-Zellen ähneln denen an der menschlichen Dünndarmwand. Weiterhin ist dies Zellmodell auch geeignet, toxische Einflüsse auf die Integrität der Zell-Zell-Barriere des Dünndarmepithels zu studieren. Im Rahmen einer Bachelorarbeit in Kooperation mit der Hochschule Ostwestfalen-Lippe in Lemgo wurde nun an differenzierten Caco-2 Zellen untersucht, über welche Transport- mechanismen CIT in die oder aus den Zellen gelangt. Die Ergebnisse der Transportversuche unter Verwendung von selektiven Transport-Hemmstoffen für 3 Efflux-Transporter der Zellen und Berechnung der den Transport beschreibenden Permeabilitätskoeffizienten haben ergeben, dass Citrinin nach Aufnahme in die Zellen wieder aus diesen apikal (zum Darmlumen hin) ausgeschieden werden. Durch Einsatz der Transportinhibitoren konnte nachgewiesen werden, dass das Mykotoxin durch die Effluxtransporter MRP2 und BCRP ausgeschieden wird. Die Exkretion durch den Transporter Pgp wurde nicht gehemmt. Der für die Aufnahme in die Zellen verantwortliche transporter konnte noch nicht identifiziert werden. Die Transportkinetik und die chemische Struktur bzw. der POW-Wert des Citrinins schließen aber eine reine Diffusion aus. Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass (in vitro) das menschliche Dünndarmepithel die Bioverfügbarkeit des Toxins durch gezielte Ausscheidung aus den primär resorbierenden Zellen verringern kann. Der Einfluss von OTA auf den Transport von CIT konnte noch nicht untersucht werden. Diese Arbeiten laufen zurzeit. Untersuchungen an Monolayern von differenzierten Caco-2 Zellen haben gezeigt, dass Citrinin zeit- und konzentrationsabhängig (-4h, -50 µM) die Zell-Zell-Kontakte dieser Zellen unter realistischen ernährungsrelevanten Bedingungen schädigt. Dies könnte bedeuten, dass dies Toxin auch in vivo die Epithelbarriere des Dünndarm zu schädigen vermag mit der Konsequenz, dass Bakterien oder bakterielle Produkte im Dünndarm in die subepithelialen Schichten (Lamina propria) oder die Blutbahn gelangen können und so eine Entzündung der Darmwand auslösen können.

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