Heterozyklische aromatische Amine: Mikrobieller Metabolismus und Interaktion mit Ballaststoffen aus Obst und Gemüse

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Mirko Bunzel; Privatdozent Dr. Charles M.A.P. Franz; Professorin Dr. Sabine E. Kulling
• Fachliche Zuordnung: Lebensmittelchemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 252157018

Heterozyklische aromatische Amine (HAA) sind eine Gruppe mutagener und potentiell kanzerogener Verbindungen, die in erhitzten Lebensmitteln vorkommen können. Die metabolische Aktivierung der HAA erfolgt nach Absorption im Dünndarm über ein komplexes Zusammenspiel von Phase-I- und Phase-II-Enzymen, wobei zunächst eine N-Hydroxylierung der exozyklischen Aminofunktion stattfinden kann. Die entstehenden N-Hydroxy-Metaboliten können zu N-Acetoxy- oder N-Sulfonyloxyestern konjugiert werden, aus welchen durch heterolytische Spaltungen Arylnitreniumionen hervorgehen. Diese sind in der Lage DNA-Addukte zu bilden und stellen somit die eigentlich kritischen Metaboliten dar. HAA können im Dünndarm an Ballaststoffe aber auch an dort ansässige Bakterien gebunden werden und so der Absorption entgehen. Auf diese Weise in den Dickdarm gelangende HAA können von der Darmmikrobiota metabolisiert und ggf. aktiviert oder inaktiviert werden. Bislang sind jedoch nur zwei mikrobiell gebildete HAA-Metaboliten (PhIP-M1 und 7-OH-IQ) bekannt, deren Vorkommen in vitro und in vivo nachgewiesen wurde. Eigene Vorversuche zeigten am Beispiel von AalphaC, dass auch andere HAA durch die Darmmikrobiota metabolisiert werden können. Das geplante Projekt umfasst daher die Identifizierung von bislang unbekannten mikrobiellen Metaboliten von AalphaC sowie MeIQx, MeIQ, Trp-P-1 und Harman/Norharman, welche in In-vitro-Fermentationsversuchen mit humanen Fäzesproben gebildet werden. Die Strukturaufklärung erfolgt mittels HPLC-MS und NMR. Semipräparativ gewonnene Hauptmetaboliten werden ersten ernährungstoxikologischen Tests unterzogen (Mutagenität im Ames-Test, Absorption im Caco-2-Modell). Zudem wird der Einfluss der Adsorption der HAA an lignifizierte Obst- und Gemüseballaststoffe auf die Bildung der bakteriellen HAA-Metaboliten sowie der Einfluss des fermentativen Abbaus der Ballaststoffe auf die Adsorption von mikrobiell gebildeten HAA-Metaboliten untersucht. Eigene Vorarbeiten zeigten u.a., dass die Adsorption von HAA an Modellballaststoffe mit steigendem Ligningehalt zunimmt und dass der mikrobielle Abbau der Ballaststoffe deren adsorptive Eigenschaften gegenüber HAA verändert. Daher werden im Rahmen des Projekts reale, ligninreiche Ballaststoffe aus unterschiedlichen Obst- und Gemüsesorten gewonnen und strukturcharakterisiert (Kohlenhydratgehalt/-strukturen (HPAEC, GC-FID/MS); Ligningehalt/-zusammensetzung (DFRC-Methode, 2D-NMR)). Diese werden in vitro mit humanen Fäzessuspensionen fermentiert und für HAA-Metaboliten-Bindungsstudien eingesetzt. Darüberhinaus werden aus ihnen durch Inkubation mit HAA unter Dünndarmbedingungen HAA-Ballaststoffkomplexe gewonnen, und die Bildung der mikrobiellen HAA-Metaboliten aus den HAA-Ballaststoffkomplexen wird mit Hilfe von Fäzesfermentationen untersucht.Das geplante Projekt trägt somit wesentlich dazu bei, einen für die potentiell krebspräventiven Wirkungen von Ballaststoffen diskutierten Mechanismus neu zu bewerten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen