Toxiologische Signifikanz von modifizierten Fumonisinen

Fumonisine sind Schimmelpilzgifte, so genannte Mykotoxine. Schimmelpilze der Gattung Fusarium (oder Aspergillus) können, unter entsprechenden klimatischen Bedingungen, auf Getreide, Früchten oder Nüssen wachsen und sich vermehren. Dabei werden auch Fumonisine freigesetzt, die sich dann auch in verarbeiteten Lebensmittel oder in Futter wiederfinden. Fumonisine sind starke Nierentoxine, können das Wachstum von Tumoren fördern und Geburtsschäden bei Tieren und Menschen auslösen. Es gibt zahlreiche Strategien um das Vorkommen von Mykotoxinen auf Getreide zu minimieren, verhindern kann man es derzeit aber noch nicht. Um den Menschen (und Tiere) zu schützen wurden EU-weite Höchstwerte (bzw. Richtwerte) für Lebensmittel (und Futtermittel) eingeführt, die nicht überschritten werden dürfen. In Österreich ist das Vorkommen von Fumonisinen vor allem in Mais und Maisprodukten problematisch. Leider sind die vom Schimmelpilz ursprünglich gebildeten unveränderten Fumonisine nicht die einzigen Formen die in Lebens- und Futtermittel vorkommen. Pflanzen können, nachdem sie mit Giften in Kontakt kommen diese zu anderen eventuell weniger giftigeren Verbindungen umwandeln. Dabei unterscheidet man zwischen Stoffwechselprodukten und so genannten gebundenen Toxinen. Über pflanzliche Stoffwechselprodukte von Fumonisinen, weiß man momentan mit Ausnahme einer Form sehr wenig Bescheid. Noch weniger weiß man über gebundene Fumonisine. Durch ihre chemische Struktur bedingt, lagern sich Fumonisine gerne an Proteine und Kohlenhydrate an und entziehen sich mit unter der chemischen Analyse auf deren Vorkommen in Lebensmitteln. Noch bedenklicher ist, dass man über die Giftigkeit (toxikologische Signifikanz) dieser gebundenen Fumonisine keine Daten hat. Die Weltgesundheitsorganisation WHO hat 2018 gemeinsam mit der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) empfohlen Studien durchzuführen um diese Wissenslücken zu schließen. Das Ziel dieses Projektes ist es also herauszufinden zu welchen Formen Fumonisine von Mais umgewandelt werden können und wie hoch der Anteil an nichtgeänderten Formen, Stoffwechselprodukten und gebundenen Fumonisinen ist. Dazu werden Fumonisine durch Schimmelpilze hergestellt, gereinigt, auf wachsende Maispflanzen aufgetragen und die Pflanzen anschließend analysiert. Um die Giftigkeit von gebundenen Fumonisinen hängt vor allem davon ab, wieviel ungebundenen Toxine während der Verdauung im Tier freigesetzt werden. Diese soll mittels Ratten herausgefunden werden, welche die Verbindungen verabreicht werden. Anschließend wird Kot und Urin der Tiere gesammelt und gemessen. Die Konzentration der verabreichten Gifte ist dabei so gering, dass die Tiere nicht leiden müssen, aber um erstmals Daten zu generieren die auch einen ersten Rückschluss auf die Giftigkeit der Verbindungen für den Menschen erlauben.

Fumonisine, die von verschiedenen Fusarienpilzen produziert werden, sind wichtige Kontaminanten von Lebens- und Futtermitteln. Um die Lebensmittelsicherheit zu gewährleisten, hat die Europäische Union Höchstwerte festgelegt, die jedoch nur die frei extrahierbaren Fumonisine berücksichtigen. Sogenannte "modifizierte (maskierte und gebundene) Fumonisine" kommen auch in der Natur vor, aber ihre Bioverfügbarkeit und Toxizität sind unbekannt. Ziel des Projekts war es, den Metabolismus des Mykotoxins Fumonisin B1 (FB1) in Mais eingehend zu untersuchen. (Radio-)markierte Mykotoxine sollten diese Studien erleichtern und Biomarker sollten zur Überwachung der Bioverfügbarkeit maskierter und gebundener Fumonisine bei Ratten eingesetzt werden. Unser Ziel war es, (markiertes) FB1 herzustellen, Mais mit (radio-) markierten Fumonisinen zu behandeln, Rückstände für die Bestimmung maskierter und gebundener Formen vollständig zu extrahieren, toxikokinetische Studien mit Ratten durchzuführen und die Bioverfügbarkeit maskierter und gebundener Fumonisine mit Biomarkermethoden zu bestimmen. Zunächst gelang es uns ausreichend FB1, 13C-FB1 und 14C-FB1 für die Pflanzenbehandlungen herzustellen und zu reinigen. Für das Projekt musste Mini-Mais verwendet werden, um die Menge der Toxine zu minimieren. Leider erwies sich der Mini-Mais als schwierig zu vermehren und im Wachstum. Nach mehreren erfolglosen Versuchen in verschiedenen Wachstumskammern und im Freien begannen wir, den Mais in einem Glashaus anzubauen, aber Temperaturschwankungen führten zum teilweisen Verlust der Pflanzen. Nichtsdestotrotz begannen wir mit der Behandlung und testeten die Aufbringen über Seiden und Kolben, sowie verschiedene Konzentrationen. Nach der Hydrolyse waren die gebundenen Formen etwa 2-4 mal höher als die nativen Toxine. Leider konnte die benötigte Menge an mit Fumonisin behandeltem Mais, um den Tierversuch wie geplant durchführen zu können, bis zum Ende des Projekts nicht produziert werden. Ein Tierversuchsantrag wurde vom BOKU-Tierschutzgremium und dem Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Forschung genehmigt. Der Versuch mit insgesamt 16 Ratten musste verschoben werden, da nicht genügend Futter zur Verfügung stand, und wird im Rahmen eines bereits begonnenen, von der Europäischen Union finanzierten Folgeprojekts durchgeführt. Das Projekt war äußerst wertvoll für die Herstellung des benötigten (markierten) FB1 für den Pflanzen- und den späteren Tierversuch. Als Nebenaspekt ermöglichten die gereinigten Substanzen die Arbeit an der Fumonisin-Resistenz, was zu zwei Veröffentlichungen führte. Außerdem wurden Bedingungen gefunden, die ein gleichmäßiges Wachstum und die Vermehrung von Mini-Mais ermöglichen, und es wird in Kürze genügend Futter zur Verfügung stehen, um den geplanten Tierversuch durchzuführen, der für die Beantwortung der Hypothese von Bedeutung ist, dass modifizierte Fumonisine teilweise bioverfügbar sind und zur Gesamttoxizität beitragen könnten. Zwei Bachelor- und eine Masterarbeit an der BOKU wurden im Rahmen des Projekts erfolgreich abgeschlossen. Der größte Einfluss des Projekts steht noch aus. Unabhängig davon, wie bioverfügbar modifizierte Fumonisine sind, wird dies Auswirkungen auf die von der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit durchgeführte Bewertung und möglicherweise auf die von der Europäischen Union festgelegten Höchstwerte für Fumonisine haben.