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Mykotoxine werden als sekundäre Metabolite von Schimmelpilzen gebildet und haben diverse schädliche Effekte auf Menschen, Tiere und Pflanzen. Laut FAO sind weltweit bis zu 25 % aller Lebens- und Futtermittel mit Mykotoxinen kontaminiert, wodurch jährlich immense ökonomische Verluste entstehen.
Neben den eigentlichen Mykotoxinen rücken zunehmend deren Transformationsprodukte (TPs) in den Fokus. Diese können als natürliche Stoffwechselprodukte toxischer sein als das eigentliche Mykotoxin und stellen eine potenzielle zusätzliche Gefahr für den Verbraucher dar. TPs werden überwiegend mit in vitro und in vivo Techniken untersucht, welche sowohl zeit- als auch kostenintensiv sind. Ziel war es nun, schnelle und zudem verlässliche Techniken zur Simulation von TPs diverser Mykotoxine zu testen. Die Kopplung von Elektrochemie und Massenspektrometrie, kurz EC/MS, als rein instrumenteller Ansatz ist seit vielen Jahren in der pharmazeutischen Forschung etabliert. Hierbei wird mithilfe einer elektrochemischen Durchflusszelle der oxidative Metabolismus einer Substanz simuliert und zugleich analysiert.
Unter Verwendung von EC/MS, EC/LC/MS und HPLC-MS Techniken (MS/MS und FT-ICR) wurden nun die Mykotoxine Zearalenon, Citrinin und Dihydroergocristin (als Modellsubstanz für die Ergotalkaloide) elektrochemisch bei Potentialen bis zu 2500 mV vs. Pd/H2 oxidiert und deren TPs mit mikrosomalen in vitro Ansätzen verglichen. Hierbei konnten mehrere Übereinstimmungen hydroxylierter Spezies, sowohl elektrochemisch als auch biochemisch generiert, festgestellt werden. Die EC/MS ist somit auch in der Lebensmittelanalytik als nützliches und vielseitiges Werkzeug verwendbar.
To keep up with emerging mycotoxins and their transformation products fast and reliable toxicity tests are needed. Toxicity testing of mycotoxins is carried out usually by performing in vitro assays or is evaluated by using laboratory animals like mice, rats or chicken in in vivo studies.
Settled between classical in vitro approaches and in vivo studies with higher animals are tests with the nematode Caenorhabditis elegans. Since Sydney Brenner described 1974 the cultivation and handling of C. elegans, this worm is widely used as model organism in developmental biology and neurology. Due to many benefits like easy and cheap cultivation, a completely sequenced genome and short generation time, it also plays an important role in toxicological research. Finally, the high number of conserved genes between human and C. elegans make the worm an ideal candidate for toxicological investigations.
In this study we used C. elegans to assess the toxic effects of the relevant food mycotoxin citrinin (CIT), the mycoestrogen zearalenone (ZEN) and the modified mycotoxin ZEN-14-sulfate (ZEN-14-S) on different lifetable parameters including reproduction, thermal and oxidative stress tolerance and lifespan. All tested mycotoxins significantly decreased the amount of offspring. In case of ZEN and CIT also significant negative effects on stress tolerance and lifespan were observed compared to the control group.
Moreover, metabolization of mycotoxins in the worms was investigated by using LC MS/MS. Extraction of the worms treated 5 days with mycotoxin-containing and UVC-killed bacteria showed metabolization of ZEN to α-ZEL and β-ZEL (ZEL = zearalenol, ratio about 3:2). ZEN 14-S was reduced to ZEL 14-S and CIT was metabolized to mono hydroxylated CIT.