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Organisationseinheit der BAM
Ionophore antibiotics are used to cure and prevent coccidiosis by chicken especially in broiler farming. The residues are found not only in food products (chicken and eggs) but also in the environment (manure, soil or water). In this work the ionophores monensin (MON), salinomycin (SAL), maduramicin (MAD) and lasalocid (LAS) are investigated aiming to study their transformation products (TPs) through biotransformation processes. Biotransformation can be divided into two phases, phase I: oxidation, reduction or hydrolysis and Phase II: conjugation reactions. It is necessary to further examine the biotransformation pathways to determine TPs to be able to detect residues more specifically in different matrices.
The technique of electrochemistry (EC) offers the opportunity to simulate biotransformation processes and to generate TPs for further analysis. The combination of EC with liquid chromatography and mass spectrometry (EC-LC-MS) provide a fast and simple tool to separate and determine the EC-generated TPs. The electrochemical flow through cell is coupled to the (LC)-MS system, allowing the reaction mixture to be separated by a RP-18 column and then analyzed in the MS. The oxidation products are generated at different potentials between 0.0 – 2.5 V vs. Pd/H2 using glassy carbon or boron doped diamond as working electrode materials .
The results show a broad spectrum of different TPs depending on used solvents and working electrode materials. Among the generated TPs already known as well as unknown TPs of the drugs can be found. Further investigations on structure elucidation of unkown TPs are planned.
Ionophore Antibiotika werden zum Schutz gegen Kokzidiose eingesetzt, hauptsächlich in der Geflügelmast. Rückstände dieser Substanzen und deren Transformationsprodukte (TP) gelangen über den Metabolismus zum einen in das Geflügelfleisch, aber auch durch Ausscheidung in die Umwelt, da Tiermist als Dünger verwendet wird. Ziel dieser Forschungsarbeit ist es, die TP-Bildung von vier verschiedenen Ionophoren Antibiotika (Monensin (MON), Salinomycin (SAL), Maduramicin (MAD) und Lasalocid (LAS)) zu untersuchen. TPs werden durch den Biotransformationsprozess (Metabolismus) gebildet, dieser Prozess kann in zwei Phasen eingeteilt werden. Während in Phase I Oxidations-, Reduktions- oder Hydrolysereaktionen auftreten, ist Phase II von Konjugationsreaktionen geprägt. Durch diesen Prozess werden die Substanzen besser ausscheidbar.
Natürliche Redox-Vorgänge, wie sie bei der Biotransformation (Phase I) auftreten, können mit elektrochemischen (EC) Systemen simuliert werden. In einer EC-Durchflusszelle findet die Reaktion abhängig vom angelegten Potential statt. Im positiven Potentialbereich (0.0 bis 3.0 V; vs. Pd/H2) werden die Analyten oxidiert und somit oxidative TPs generiert. Durch die online-Kopplung mit Flüssigkeitschromatografie (LC) und Massenspektrometrie (MS) wird zunächst eine säulenchromatografische Trennung der generierten TPs erhalten, gefolgt von der massenspektrometischen Detektion. Durch die online-Kopplung von EC-(LC)-MS ergibt sich eine schnelle Analysemöglichkeit von der TP-Erzeugung ausgewählter Substanzen bis hin zur Detektion, wodurch gleichzeitig eine Identifizierung möglich ist.
Die ausgewählten Ionophoren Antibiotika wurden mittels EC-(LC)-MS auf auftretende TPs untersucht. Die ersten Ergebnisse zeigen ein breites Spektrum unterschiedlicher TPs abhängig von gewählten EC-Parametern wie Lösemittel, Modifier und insbesondere vom Arbeitselektrodenmaterial der EC-Durchflusszelle. Unter den erhaltenen TPs sind sowohl bekannte als auch unbekannte TPs vertreten, so dass weitere Untersuchungen zur Strukturaufklärung und vergleichende Tests zu Phase I Metaboliten (z.B. durch Metabolismus-Studien mit Mikrosomen) geplant sind.
The knowledge of transformation pathways and identification of transformation products (TPs) of veterinary drugs is important for health, food and environmental matters. Monensin (MON) is an ionophore antibiotic widely used to cure and prevent coccidiosis by chicken especially in broiler farming. Residues can be found in food products (chicken and eggs) and in the environment (manure, soil, water). Several transformation processes can alter the parent compound MON, ranging from biotransformation in living organism to biotic/abiotic and microbial processes in environmental matters.
The main objective of this work was to investigate the potential of electrochemistry (EC) to simulate oxidative transformation processes of MON and to predict TPs. An electrochemical reactor was used consisting of a flow-through cell with a glassy carbon working electrode. Derived TPs were analyzed by online coupling of EC and high-resolution mass spectrometry (HRMS) and LC/HRMS offline measurements. Among the generated TPs already known as well as unknown TPs of MON could be found.
Additionally, MON was subjected also to other transformation experiments like metabolism tests with rat microsomes or the pH-dependent hydrolysis. As a result, different targeted and suspected TPs could be identified by analysis with LC/HRMS.
An overview of detected/identified TPs from this study will be presented in comparison to literature known metabolites and TPs.