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Biosynthesis and characterization of zearalenone-14-sulfate, zearalenone-14-glucoside and zearalenone-16-glucoside using common fungal strains

  • Zearalenone (ZEN) and its phase II sulfate and glucoside metabolites have been detected in food and feed commodities. After consumption, the conjugates can be hydrolyzed by the human intestinal microbiota leading to liberation of ZEN that implies an underestimation of the true ZEN exposure. To include ZEN conjugates in routine analysis, reliable standards are needed, which are currently not available. Thus, the aim of the present study was to develop a facilitated biosynthesis of ZEN-14-sulfate, ZEN-14-glucoside and ZEN-16-glucoside. A metabolite screening was conducted by adding ZEN to liquid fungi cultures of known ZEN conjugating Aspergillus and Rhizopus strains. Cultivation conditions and ZEN incubation time were varied. All media samples were analyzed for metabolite formation by HPLC-MS/MS. In addition, a consecutive biosynthesis was developed by using Fusarium graminearum for ZEN biosynthesis with subsequent conjugation of the toxin by utilizing Aspergillus and Rhizopus species.Zearalenone (ZEN) and its phase II sulfate and glucoside metabolites have been detected in food and feed commodities. After consumption, the conjugates can be hydrolyzed by the human intestinal microbiota leading to liberation of ZEN that implies an underestimation of the true ZEN exposure. To include ZEN conjugates in routine analysis, reliable standards are needed, which are currently not available. Thus, the aim of the present study was to develop a facilitated biosynthesis of ZEN-14-sulfate, ZEN-14-glucoside and ZEN-16-glucoside. A metabolite screening was conducted by adding ZEN to liquid fungi cultures of known ZEN conjugating Aspergillus and Rhizopus strains. Cultivation conditions and ZEN incubation time were varied. All media samples were analyzed for metabolite formation by HPLC-MS/MS. In addition, a consecutive biosynthesis was developed by using Fusarium graminearum for ZEN biosynthesis with subsequent conjugation of the toxin by utilizing Aspergillus and Rhizopus species. ZEN-14-sulfate (yield: 49%) is exclusively formed by Aspergillus oryzae. ZEN-14-glucoside (yield: 67%) and ZEN-16-glucoside (yield: 39%) are formed by Rhizopus oryzae and Rhizopus oligosporus, respectively. Purities of ≥73% ZEN-14-sulfate, ≥82% ZEN-14-glucoside and ≥50% ZEN-16-glucoside were obtained by 1H-NMR. In total, under optimized cultivation conditions, fungi can be easily utilized for a targeted and regioselective synthesis of ZEN conjugates.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Antje Borzekowski, T. Drewitz, Julia Keller, Dietmar Pfeifer, Hans-Jörg KunteORCiD, Matthias KochORCiD, S. Rohn, R. Maul
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Toxins
Jahr der Erstveröffentlichung:2018
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.7 Organische Spuren- und Lebensmittelanalytik
4 Material und Umwelt
4 Material und Umwelt / 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen
6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.3 Strukturanalytik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:MDPI
Verlagsort:Basel
Jahrgang/Band:10
Ausgabe/Heft:3
Erste Seite:Article 104, 1
Letzte Seite:15
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Sanitär- und Kommunaltechnik; Umwelttechnik
Freie Schlagwörter:Aspergillus; Biosynthesis; Conjugate; Fusarium; Mycotoxin; Rhizopus; Zearalenone
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Chemie und Prozesstechnik / Chemische Charakterisierung und Spurenanalytik
Umwelt
DOI:10.3390/toxins10030104
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-444246
ISSN:2072-6651
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:09.03.2018
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:09.03.2018
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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