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Nagl, Veronika Birgit (2013): Metabolismus des maskierten Mykotoxins Deoxynivalenol-3-β-D-Glukosid (D3G) in Ratten, Metabolism of the masked mycotoxin deoxynivalenol-3-β-D-glucoside (D3G) in rats. Dissertation, LMU München: Tierärztliche Fakultät
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Abstract

Das Fusarium Mykotoxin Deoxynivalenol (DON) löst in Tieren zahlreiche Krankheitssymptome aus und verursacht beträchtliche wirtschaftliche Schäden. Pflanzen besitzen einen wirksamen Verteidigungsmechanismus gegenüber diesem Toxin, indem sie Glukose an DON konjugieren. Das resultierende maskierte Mykotoxin Deoxynivalenol-3-β-D-Glukosid (D3G) wurde sowohl in Nahrungs- als auch in Futtermitteln nachgewiesen. Eine mögliche Hydrolyse von D3G im Verdauungstrakt von Säugetieren könnte zu einer Erhöhung der Gesamtbelastung an DON führen und somit gesundheitsschädigende Wirkung aufweisen. Aufgrund fehlender in vivo Daten wurde dieses maskierte Mykotoxin bislang nicht in die EU-Höchstmengenregelungen für DON inkludiert. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher abzuklären, ob oral verabreichtes D3G in Ratten hydrolysiert wird und ob es in der Folge zu einer Absorption von freigesetztem DON kommt. In einem Messwiederholungsdesign wurde sechs Sprague-Dawley Ratten Wasser, DON (2,0 mg/kg KG) und die äquimolare Menge an D3G (3,1 mg/kg KG) an den Tagen 1, 8 und 15 oral verabreicht. Nach jeder Applikation wurden die Tiere für 48 h einzeln in Stoffwechselkäfigen gehalten, um Kot und Urin zu sammeln. Die darin enthaltenen Mengen an D3G, DON, Deoxynivalenol-Glukuronid (DON-GlcA) und Deepoxy-deoxynivalonol (DOM-1) wurden anhand einer validierten LC-MS/MS Analysenmethode bestimmt. Nach Verabreichung von D3G konnten sowohl das maskierte Mykotoxin selbst, als auch DON, DON-GlcA und DOM-1 im Urin der Ratten detektiert werden. D3G repräsentierte hierbei lediglich 0,3 ± 0,1% der verabreichten Dosis, was eine äußerst geringe Bioverfügbarkeit indiziert. Insgesamt konnten im Urin nach Applikation von D3G und DON 3,7 ± 0,7% und 14,9 ± 5,0% der verabreichten Toxinmengen wiedergefunden werden. Der Hauptteil an verabreichtem D3G wurde in Form von DON und DOM-1 im Kot der Tiere wiedergefunden. Die Studie konnte belegen, dass D3G im Verdauungstrakt von Ratten hydrolysiert und DON freigesetzt wird. Dieses wird zum Teil zu DON-GlcA und DOM-1 metabolisiert, jedoch nur in geringen Mengen resorbiert. Unsere Daten weisen daher darauf hin, dass D3G in Ratten eine geringere toxikologische Relevanz als DON besitzt.

Abstract

The Fusarium mycotoxin Deoxynivalenol (DON) leads to numerous adverse health effects in animals and causes serious economic losses. Plants can defend themselves against this toxin by conjugating glucose to DON. The resulting masked mycotoxin deoxynivalenol-3-β-D-glucoside (D3G) is frequently occurring in food and feed. There are major concerns that D3G is hydrolyzed in the digestive tract of mammals, thus increasing the total DON load of an individual. Due to a lack of in vivo data D3G has not been included in the regulatory limits established by the European Commission for DON. Therefore, the aim of our study was to clarify whether orally administered D3G is hydrolyzed in rats and liberated DON is subsequently absorbed. Using a repeated measures design, six Sprague-Dawley rats received water, DON (2.0 mg/kg body weight; bw) and the equimolar amount of D3G (3.1 mg/kg bw) by gavage on days 1, 8 and 15, respectively. After each application, the animals were housed individually for 48 h in metabolic cages to collect urine and feces. The concentrations of D3G, DON, deoxynivalenol-glucuronide (DON-GlcA) and de-epoxydeoxynivalenol (DOM-1) in the excreta were determined by a validated LC-MS/MS based method. After administration of D3G, the masked mycotoxin itself as well as DON, DON-GlcA and DOM-1 were detected in the urine of rats. In total, 3.7 ± 0.7% and 14.9 ± 5.0% of the administered dose were recovered in urine after application of D3G and DON, respectively. Urinary eliminated D3G represented only 0.3 ± 0.1% of the given dose, thus indicating a very low bioavailability of this masked mycotoxin in rats. The majority of administered D3G was recovered as DON and DOM-1 in feces. This study clearly demonstrated that D3G is hydrolyzed in the digestive tract of rats. The liberated DON is metabolized to DOM-1 and DON-GlcA, but only poorly absorbed. Our data indicate that D3G is of considerably lower toxicological relevance than DON in rats.