Toxizität von organischen Arsenverbindungen

Anorganisches Arsen ist ein Humankanzerogen und das EFSA Gremium für Kontaminanten in der Lebensmittelkette schlussfolgerte in seinem aktuellen wissenschaftlichen Gutachten, dass Gesundheitsrisiken im Zusammenhang mit dem Vorkommen von anorganischem Arsen in Lebensmitteln nicht ausgeschlossen werden können. Darüber hinaus wurden mittels moderner Metallspeziationsanalytik kürzlich in marinen Lebensmitteln Arsenozucker und Arsenolipide identifiziert, für die es bislang keine toxikologischen Studien gibt. Im Gegensatz zu Arsenobetain, welches vom Menschen nicht metabolisiert wird, werden Arsenozucker und -lipide zu einer Vielzahl von Metaboliten verstoffwechselt und es wird spekuliert, dass einige der Metabolite hoch toxisch sind. In diesem Projekt werden wir diese organischen Arsenverbindungen synthetisieren und ihre zelluläre Bioverfügbarkeit, Biotransformation und Toxizität untersuchen. Insgesamt werden 8 Arsenozucker, 6 Arsenolipide und 14 Metabolite bezüglich ihrer zellulären Zytotoxizität, direkten und indirekten Genotoxizität sowie im Hinblick auf ihren Transport über ein zelluläres Dünndarmendothelmodel charakterisiert werden. Der kombinierte Einsatz von sensitiven Speziationstechniken und toxikologischen Testsystemen wird eine Korrelation der einzelnen Arsenspezies mit den entsprechenden toxischen Effekten ermöglichen. Insgesamt wird diese Studie eine wichtige Grundlage für die dringend erforderliche Risikoabschätzung für organisches Arsen in marinen Lebensmitteln sein und damit ein wichtiger Schritt in Richtung zukünftige Gesetzgebung.

Dieses Projekt hat gezeigt, dass einige natürlich in Nahrungsmitteln vorkommende Arsenverbindungen toxisch auf humane Blasen- und Leberzellen, sowie auf den Modellorganismus Fruchtfliege, wirken. Das Projekt war eine Zusammenarbeit zwischen der Universität Münster und der Universität Graz um die Toxizität von verschiedenen organischen Arsenverbindungen zu untersuchen, die natürlicherweise in Nahrungsmitteln, besonders in Meeresfrüchten wie Fisch und Algen, vorkommen. Obwohl die hohe Toxizität von anorganischen Arsenverbindungen gut bekannt ist, gibt es wenige Erkenntnisse zur Toxizität von organischen Arsenverbindungen. Die Gruppe der organischen Arsenverbindungen umfasst wasserlösliche und fettlösliche Verbindungen. In Graz haben wir 14 Arsenverbindungen chemisch synthetisiert, gereinigt und charakterisiert. Das toxische Potential dieser Verbindungen wurde sodann von unseren deutschen Partnern an menschlichen Blasen- und Leberzellen getestet. Die wasserlöslichen Verbindungen zeigten generell eine geringe Toxizität. Drei von sechs fettlöslichen Arsenverbindungen zeigten hohe Toxizität gegenüber den humanen Zellen. Ihre Toxizität war mit der von Arsenit vergleichbar, aber der Modus der toxischen Wirkung war ein anderer. Fraktionen dieser Zellexperimente wurden wieder nach Graz geschickt und es wurde untersucht, ob die Zellen die Arsenverbindungen biotransformiert hatten. Die Ergebnisse zeigen, dass die Toxizität mit der Fettlöslichkeit der Verbindung, deren Vermögen die Zellmembran zu durchqueren und der Leichtigkeit, mit der die Verbindungen zu weniger polaren Produkten biotransformiert werden, zusammen hängt. Die Untersuchungen wurden auf den Modellorganismus Fruchtfliege ausgedehnt. Toxizität zeigt sich wiederum bei den drei gleichen fettlöslichen Arsenverbinden, besonders im Entwicklungsstadium der Fruchtfliege. Die fettlöslichen Arsenverbindungen wurden von der Fruchtfliege leicht akkumuliert und die in Münster durchgeführten Bildverfahren haben klar gezeigt, dass sich die Arsenverbindungen im Hirngewebe angesammelt hatten. Das bedeutet, dass diese Arsenverbindungen, im Gegensatz zu den anorganischen Arsenverbindungen, die Blut-Hirn-Schranke passieren können. Die toxischen Konsequenzen dieser Eigenschaft müssen untersucht werden. Die Resultate dieses Projekts wurden auf mehreren wissenschaftlichen Konferenzen und auf einer öffentlichen Tagung der japanischen Food Safety Commission präsentiert. Die Resultate haben signifikante Auswirkungen auf die zukünftigen Grenzwerte von Arsen in Nahrungsmitteln.