Untersuchungen zur hepatotoxischen und genotoxischen Potenz sowie zur Metabolisierung nahrungsrelevanter Pyrrolizidinalkaloide
Analytische Chemie
Lebensmittelchemie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Pyrrolizidinalkaloide IPA) sind sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe, die von bestimmten Blühpflanzen in hoher struktureller Vielfalt gebildet werden. Sie werden in der Leber zu hochreaktiven Metaboliten umgewandelt und können dadurch zu gesundheitlichen Schäden bei Mensch und Tier führen. Durch die Beiernte PA-haltiger Fremdpflanzen können pflanzliche Lebensmittel wie z.B. Kräutertees und Gewürze, Kontaminationen mit PAs aufweisen. Es ist anzunehmen, dass natürliche Toxine, wie PAs, durch Änderungen des Klimas and der Zunahme der extensiven Landwirtschaft bei gleichzeitiger Verringerung des Herbizideinsatzes zu einer Herausforderung für die Produktion pflanzlicher Lebensmittel werden. In Verbindung mit dem Wunsch and der Notwendigkeit, die Biodiversität und die landwirtschaftliche Nutzung von Flächen in Einklang zu bringen, ist zu erwarten, dass aussagekräftige Daten zu den Toxizitäten einzelner PAs für die Risikobewertung gebraucht werden. Ziel dieses Projekts war es, hepatisch gebildete Metaboliten (in vitro Inkubation mit Lebermikrosomen) von Mensch und Ratte umfassend zu identifizieren, so dass dieser Prozess möglichst quantitativ beschrieben werden kann. In diesem Projekt wurden erstmals umfangreiche Analysen zur Feststellung struktureller Einflüsse auf den Metabolismus von 25 PAs mit zertifizierter Konzentration unter standardisierten Messbedingungen durchgeführt. Aus dem Set der 25 Pas wurde für sechs repräsentative PAs ein Metaboliten-Screening vorgenommen. Die identifizierten Metaboliten wurden auf Basis ihrer Strukturen und der in der Literatur beschrieben toxischen Wirkmechanismen in reaktive oder andere Metaboliten unterteilt. In dieser Arbeit konnten zahlreiche solcher reaktiven, sogenannte pyrrolische Metabolite, erstmals detektiert und strukturell genauer beschrieben werden. Dabei zeige sich, dass das Bildungspotenzial für reaktive Metaboliten zwischen den einzelnen PAs variiert und mit der beobachteten toxischen Wirkung korreliert. Die strukturellen Merkmale, die bei den Untersuchungen in diesem Projekt mit einem hohen Bildungspotenzial korrelierten, können wie folgt zusammengefasst werden: • offenkettige und zyklische Diester des Heliotridin- und Retronecintyps, die an der C7 Position mit Angelikasäure substituiert sind (inklusive Epoxid) wiesen ein hohes Bildungspotenzial auf. Zu dieser Gruppe gehören beispielsweise PAs wie Lasiocarpin, Echimedin, Senecionin, Retrorsin, Riddelliin, Jacobin. Demzufolge zeigen ein geringes Bildungspotenzial PAs, die diese Struktur nicht aufweisen: • PAs, die nicht 1,2 ungesättigt sind, wie z.B. Platyphyllin • Monoester, wie z.B. Lycopsamin, Intermedin • offenkettige Diester, die an C7 mit kurzkettigen Necinsäuren, wie z.B. Essigsäure substituiert sind, wie z.B. Acetyllycopsamin • zyklische Diester, denen das Motiv der Angelikasäre fehlt, wie z.B. Jacolin Die in diesem Forschungsprojekt erzeugten Daten geben Hinweise, dass PAs mit einem geringeren Bildungspotenzial auch ein geringes toxisches Wirkpotenzial aufweisen. Diesen Hinweis genauer zu untersuchen, wäre z.B. vor folgendem Aspekt von Relevanz: In der Natur kommen Pflanzen vor, die fast ausschließlich Monoester bilden oder in Verbindung mit offenkettigen Diestern vorkommen, die an C7 mit kurzkettigen Necinsäuren, wie z.B. Essigsäure substituiert sind. Hier seien einheimische Pflanzen wie z.B. Wasserdost oder Borretsch stellvertretend erwähnt. Vor dem obengenannten Hintergrund, wäre das toxische Potenzial solcher PA-Pflanzen neu zu betrachten, sowohl aus Sicht des gesundheitlichen Verbraucherschutzes als auch dem Schutz der Biodiversität.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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In vitro biotransformation of pyrrolizidine alkaloids in different species: part II-identification and quantitative assessment of the metabolite profile of six structurally different pyrrolizidine alkaloids. Archives of Toxicology, Vol. 94. 2020, pp. 3759–3774.
Geburek, I., D. Schrenk and A. These
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In vitro metabolism of pyrrolizidine alkaloids - Metabolic degradation and GSH conjugate formation of different structure types. Food and Chemical Toxicology, Vol. 135. 2020, 110868.
Geburek, I., A. Preiss-Weigert, M. Lahrssen-Wiederholt, D. Schrenk and A. These
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Metabolic Pattern of Hepatotoxic Pyrrolizidine Alkaloids in Liver Cells.
Chemical Research in Toxicology, Vol. 34. 2021, Issue 4, pp. 1101–1113.
Geburek, I., L. Rutz, L. Gao, J. H. Kupper, A. These and D. Schrenk
