Univ.-Prof. Dr.sc.agr. Qendrim Zebeli: Schimmelpilzgifte - Mykotoxine/Pilztoxinen : Gefahr für den Menschen

Medizin am Abend Berlin - MaAB-Fazit: Mehr Pilzgifte auf Weiden durch Klimaerwärmung

Eine soeben in der renommierten Fachzeitschrift „Toxins“ veröffentlichte Studie der Vetmeduni Vienna untersuchte, inwieweit Weiden – eine wichtige Futterquelle für die Milchproduktion – durch Schimmelpilzgifte kontaminiert sind. 

• Die Ergebnisse zeigen, dass diese Mykotoxine genannten Stoffwechselprodukte von Schimmelpilzen ein unterschätztes Risiko für Weide- und Futtertiere aber auch für den Menschen darstellen. 

Weitere wichtige Erkenntnis: 

Je höher die Umgebungstemperatur ist, umso stärker ist die Belastung mit Pilztoxinen.

• Weiden sind wichtige Futterquellen für Weidetiere wie Rinder, Schafe, Ziegen und Pferde. 

• Sie können jedoch mit mehreren Sekundärmetaboliten (Stoffwechselprodukte) aus Pilzen und Pflanzen mit toxischer oder endokrinschädigender Wirkung kontaminiert sein, die ein Risiko für die Gesundheit, Fortpflanzung und Leistungsfähigkeit von Weidetieren darstellen. 

Das zeigt eine soeben erschienene explorative Studie der Vetmeduni Vienna, deren Ziel es war, das Vorkommen und die Konzentrationen eines breiten Spektrums von Mykotoxinen, Phytoöstrogenen und anderen sekundären Metaboliten in Weiden zu evaluieren.

Gesundheitsrisiko für Tier und Mensch

Im Rahmen der Studie wurden von April bis Oktober 2019 repräsentative Weideproben von 18 österreichischen Milchviehbetrieben (eine repräsentative Probe pro Betrieb) entnommen und nach der Probenvorbereitung mittels hochauflösender Massenspektrometrie analysiert. „Auf den von uns untersuchten Weiden konnten wir häufig Mischungen aus Mykotoxinen, neuartigen (emerging) Mykotoxinen und Phytoöstrogenen nachweisen. Aufgrund ihrer Einbindung in die Futtermittelkette, der nicht abschätzbaren toxikologischen Wechselwirkungen und der Übertragung (zum Teil) auf tierische Produkte können diese Toxinmischungen ein Gesundheitsrisiko für Tier und Mensch darstellen, welches mit der Klimaerwärmung wohl zunehmen wird und verstärkt im Blickfeld der Wissenschaft bleiben muss“, so Studienleiter Qendrim Zebeli, Leiter des Instituts für Tierernährung und funktionelle Pflanzenstoffe der Vetmeduni Vienna.

Studie identifiziert 68 schädliche Stoffe in österreichischen Weiden

Mit insgesamt 68 Metaboliten wurde ein breites Spektrum an Mykotoxinen, Phytoöstrogenen und Sekundärmetaboliten nachgewiesen. 

• Obwohl die Konzentrationen einzelner Pilzgifte und Metaboliten im Allgemeinen niedrig waren (oft weniger als 200 Mikrogramm/kg Trockenmasse), konnte die Gesamtkonzentration der Pilzmetaboliten auf einzelnen Weiden über 6.000 Mikrogramm/kg Trockenmasse erreichen. 

Im Detail betrachtet unterstreichen die Daten, dass Fusarium der wichtigste Pilz auf Weiden ist. 

Dennoch sollte laut den WissenschafterInnen auch auf mögliche hohe Belastungen mit Mutterkornalkaloiden und Alternaria geachtet werden.

Steigende Temperaturen als wichtigster Einflussfaktor: 

Exponentieller Toxin-Anstieg ab einem Tagesmittelwert von 15 °C

Grundsätzlich wird die Produktion von pilzlichen und pflanzlichen Sekundärmetaboliten durch vielfältige biologische (z. B. Art, Sorte, Pflanzenalter, parasitäre und symbiotische Interaktionen) sowie geoklimatische Faktoren (Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit, Niederschlag, Breitengrad und Höhe) beeinflusst. 

Als einflussreichster Faktor erwies sich jedoch die Umgebungstemperatur. 

Die Zahl der Pilzmetaboliten stieg mit steigender Temperatur linear an und Durchschnittstagestemperaturen über 15 °C lösten einen exponentiellen Anstieg der Konzentrationen von Fusarium- und Alternaria-Metaboliten und Mutterkornalkaloiden aus. 

Zusammenfassend lässt sich laut Studien-Erstautor Felipe Penagos-Tabares vom Institut für Tierernährung und funktionelle Pflanzenstoffe der Vetmeduni Vienna sagen, „dass die Langzeitexposition zusammen mit dem gleichzeitigen Auftreten verschiedener Mykotoxine ein unterschätztes Risiko für Weide- und Futtertiere darstellen könnte, auch wenn die nachgewiesenen Mengen unter den EU-Richtlinien lagen. 

Die von uns erhobenen Daten weisen auf einen dominanten Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Diversität und das Kontaminationsniveau von giftigen Pilzmetaboliten in Weiden hin. 

Der Klimawandel findet auch auf den heimischen Weiden seinen Niederschlag.“

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Originalpublikation:

Der Artikel „Mycotoxins, Phytoestrogens and Other Secondary Metabolites in Austrian Pastures: Occurrences, Contamination Levels and Implications of Geo-Climatic Factors“ von Felipe Penagos-Tabares, Ratchaneewan Khiaosaard, Veronika Nagl, Johannes Faas, Timothy Jenkins, Michael Sulyok und Qendrim Zebeli wurde in „Toxins“ veröffentlicht. https://www.mdpi.com/2072-6651/13/7/460

Essbare Insekten auf Deinen Teller

Medizin am Abend Berlin Fazit: Essbare Insekten: Ekel Food oder Nahrung der Zukunft?

Mehlwurm-Burger, Grillen-Pesto oder Heuschrecken am Spieß: 

Was in anderen Ländern schon längst Alltag ist, ist in Europa ein relativ neuer Trend – Insekten als Lebensmittel. 

Doch wie kann bei einem solch neuartigen Lebensmittel sichergestellt werden, dass davon keine gesundheitliche Gefahr für die Verbraucher ausgeht? 

Seit 1. Januar dieses Jahres herrscht hier Klarheit, wie das Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL) in Berlin mitteilte. 

Eine neue europäische Verordnung regelt, wie essbare Insekten auf unseren Teller kommen können. 
 
Eine neue EU-Verordnung schließt die bestehende Rechtslücke

Insekten werden in vielen Teilen der Welt ganz selbstverständlich gegessen.

Sie gelten als eiweißreich und verfügen über eine für den Menschen günstige Nährstoffzusammensetzung.

• Auch die Haltung spricht für Insekten. Sie benötigen weit weniger Futter als die konventionellen Fleischlieferanten und produzieren nur einen Bruchteil der Treibhausgase, die etwa Rinder erzeugen. 
• Insekten können insofern zurecht als Nahrungsmittel der Zukunft gelten und als echte Alternative zu herkömmlichen Fleischprodukten.

Gleichzeitig wirft die Verwendung von Insekten als Lebensmittel viele Fragen auf, denn Insekt ist nicht gleich Insekt. Weltweit gibt es schätzungsweise 1.900 essbare Insektenarten.

Ehe sie in deutschen Supermarktregalen landen, müssen mögliche toxikologische und mikrobiologische Risiken erforscht und bewertet werden.

Ebenso ist die Frage nach dem allergenen Potential eines Insekts zu klären (es gibt Hinweise auf Kreuzallergien mit Krustentieren). 

Medizin am Abend Berlin ZusatzFachThema: Laborerhebung Allergie  

Für jede Insektenart ist eine gesundheitliche Risikobewertung notwendig - und zwar bevor sie zum Verbraucher gelangt.

Insekten als neuartige Lebensmittel

Bislang war die Rechtslage für Insekten als Lebensmittel nicht eindeutig. Die europäische Verordnung über neuartige Lebensmittel (Novel Food-Verordnung (EG) Nr. 258/97) regelte den Umgang mit Lebensmitteln, die vor einem bestimmten Stichtag (15. Mai 1997) nicht in nennenswertem Umfang in der Europäischen Union verzehrt wurden.

Wollte ein Unternehmen solch ein neuartiges Lebensmittel auf den Markt bringen, musste es einen Zulassungsantrag bei der zuständigen nationalen Behörde, in Deutschland beim Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL), stellen. Mit den Antragsunterlagen musste das Unternehmen belegen, dass das neuartige Lebensmittel auch sicher für die Verbraucher war. Allerdings war nach der bisherigen Rechtslage unklar, ob auch ganze Insekten als Novel Food gelten. In der Verordnung selbst wurden nur „Lebensmittelzutaten, die aus Tieren isoliert wurden“ genannt. Ganze Tiere wurden nicht explizit erwähnt.

Diese Rechtslücke führte zu sehr unterschiedlichen Interpretationen in den verschiedenen EU-Mitgliedstaaten. Während Insekten etwa in den Benelux-Staaten häufiger als Lebensmittel anzutreffen sind, gingen die deutschen Überwachungsbehörden in den Bundesländern in der Regel strikter vor.

Eine neue EU-Verordnung schafft Klarheit

Seit dem 1. Januar 2018 gilt die neue Novel Food-Verordnung (EU) 2015/2283. Sie schließt die bestehende Rechtslücke und harmonisiert die unterschiedlichen Vorgehensweisen innerhalb der Europäischen Union.

Insekten – sowohl ganze Tiere als auch Teile davon – werden in der neuen Verordnung explizit genannt. Fortan gilt: Alle Insekten oder insektenhaltige Produkte, die als Lebensmittel in den Verkehr gebracht werden sollen, müssen vorab gesundheitlich bewertet und zugelassen werden.

Mit der neuen Verordnung ändert sich auch das Genehmigungsverfahren. Anträge müssen jetzt nicht mehr in einem Mitgliedstaat eingereicht werden, sondern direkt bei der Europäischen Kommission.

Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) bewertet dann die Antragsunterlagen, die den Mitgliedstaaten nur noch zur Kenntnis gegeben werden.

• Alternativ, und das ist seit dem 1. Januar 2018 ebenfalls neu, kann in manchen Fällen auch das neue Anzeigeverfahren für traditionelle Lebensmittel aus einem Drittstaat genutzt werden, wenn belegt werden kann, dass das Lebensmittel dort seit mindestens 25 Jahren verzehrt wurde und keine Sicherheitsbedenken auftraten. 

Es ist vorstellbar, dass einige Lebensmittel aus bestimmten Insektenarten über diesen Weg eine Zulassung für den europäischen Lebensmittelmarkt erhalten.

Mit der neuen Novel Food-Verordnung wird ebenfalls eine so genannte Unionsliste eingeführt.

Die Liste enthält alle bislang zugelassenen neuartigen Lebensmittel, einschließlich der Produktspezifikationen und Verwendungsbedingungen, mit denen sie zugelassen wurden.

Sie wird von der Europäischen Kommission laufend fortgeschrieben und ist öffentlich einsehbar

 http://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/HTML/?uri=CELEX:32017R2470

Für Lebensmittelunternehmen bringt die Liste gewisse Vorteile mit sich, denn ein einmal zugelassenes neuartiges Lebensmittel muss kein zweites Mal zugelassen werden.

Befindet sich also ein Lebensmittel auf der Unionsliste, können andere Hersteller Produkte mit denselben Spezifikationen und Verwendungsbedingungen auf den Markt bringen, ohne erneut einen Zulassungsantrag stellen zu müssen.

Weiterführende Informationen

- Informationen des BVL zu neuartigen Lebensmitteln: www.bvl.bund.de/novelfood

- „Neue“ Novel Food-Verordnung (EU) 2015/2283: 

http://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/ALL/?uri=CELEX%3A32015R2283

- Unionsliste mit neuartigen Lebensmitteln: 

http://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/HTML/?uri=CELEX:32017R2470

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Menschliche Krankheiten: Abnahme des zellulären pH-Wertes bei Stress

Medizin am Abend Berlin Fazit: Infektiöses Protein zeigt sich von seiner guten Seite

Stress-Sensoren erhöhen Überleben von Hefe-Zellen 
 
Prionen sind sich selbst vermehrende Proteinaggregate, die zwischen Zellen übertragen werden können.

Pathologische Prionen gelten als Auslöser für BSE in Rindern und die menschliche Creutzfeldt-Jakob-Krankheit. 

• Auch neurodegenerative Erkrankungen wie ALS werden mit der Ansammlung von prionenartigen Proteinen in Verbindung gebracht. 

Die Region innerhalb dieser Proteine, die für die Aggregatbildung verantwortlich ist, wird als Prionendomäne bezeichnet.

Trotz der großen Rolle, die diese in menschlichen Krankheiten spielt, blieb die physiologische Funktion dieser Prionendomäne bisher weitgehend unbekannt.



Kryo-Elektronenmikroskopie-Abbildung eines biomolekularen Kondensates eines Prionproteins
MPI für Molekulare Zellbiologie und Genetik

Nun haben Forscher des Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG), des Biotechnologischen Zentrums der TU Dresden (BIOTEC) und der Washington University in St. Louis, USA, zum ersten Mal eine nützliche und biologisch relevante Funktion einer Prionendomäne identifiziert.

Als proteinspezifischer Sensor für Stress erlaubt die Prionendomäne den Zellen, sich an wechselnde Umweltbedingungen anzupassen, um so besser zu überleben.

Die Entschlüsselung dieser hilfreichen physiologischen Eigenschaft ist ein bedeutender Schritt, um die Verständniskluft zwischen den biologischen Aufgaben der Prionendomänen und ihren Veränderungen in pathologischen Krankheitszuständen zu schließen. Die Entdeckungen wurden in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

• Ansammlungen von prionenartigen Proteinen können andere Proteine in ihrer Umgebung anstecken, was vergleichbar ist mit der Ausbreitung von viralen Infektionen. 

Das wirft die Frage auf, warum diese Proteine während der Evolution beibehalten werden:

Sind diese Sequenzen vielleicht für irgendetwas gut? Das Team um Forschungsgruppenleiter Prof. Simon Alberti vom MPI-CBG konzentrierte sich in ihrer Studie auf das Prionenprotein Sup35 in Hefe, das eine lange Geschichte als Modell für die Prionenforschung hat. Sie stellten fest, dass die Prionendomäne von Sup35 schützende Tropfen und Gele für Proteine bildet und wie ein Stress-Sensor in Zellen wirkt, die schwierigen Bedingungen ausgesetzt sind.

• Wenn Hefezellen gestresst werden, zum Beispiel durch den Entzug von Nahrung, sinkt ihr Energieniveau. 

• Dies führt zu einer Abnahme des zellulären pH-Wertes – die Zellen werden sprichwörtlich sauer. 

Medizin am Abend Berlin ZusatzFachThema: Laborerhebung Harnstatus

Die Folgen: 

Die Zellteilung wird eingestellt, der Stoffwechsel wird heruntergefahren und die Zellen verharren im Bereitschaftsmodus. 

Ist der Stress vorbei, müssen die Zellen rasch ihren Stoffwechsel wieder ankurbeln, um Wachstum und Zellteilung erneut zu starten. 

Prof. Simon Alberti und seine Kollegen fanden nun, dass die Prionendomäne von Sup35 für die Zellen wichtig für das Meistern schwieriger Situationen ist. “Wir haben beobachtet, dass sich Zellen ohne diese Prionendomäne schlechter von Stress erholen.”, fasst Titus Franzmann, Erstautor der Studie, die Ergebnisse zusammen. Die Wissenschaftler entdeckten, dass die Prionendomäne von Sup35 auf den sauren pH-Wert reagiert, indem sie Proteintropfen bildet.

In diesen Tropfen, die ähnlich wie Wasser kondensieren, wird das wichtige Sup35 Protein während der schwierigen Phase eingeschlossen und geschützt. 

“Um das Protein aufzubewahren, kann sich der Proteintropfen sogar in ein Gel verfestigen.”, erklärt Mitautor Marcus Jahnel aus der Biophysik Arbeitsgruppe von Prof. Stephan Grill vom BIOTEC.

So kann die Zelle nach der Belastung das Sup35 Protein zurückgewinnen.

Die Kollegen der Washington University in St. Louis, USA, konnten zudem die Sequenzen der Aminosäuren von Sup35 vorhersagen, die es dem Protein erlauben, so sensibel auf die Veränderungen des pH-Wertes im Zellplasma zu reagieren.

In diesem Zusammenhang betont Rohit Pappu, Edwin H. Murty Professor of Biomedical Engineering an der Washington University: “Wir haben daran gearbeitet, die molekularen Komponenten aufzudecken, die Sup35 mit diesen anpassungsfähigen Eigenschaften ausstatten. Dies ist ein wichtiger Schritt, um Zellen auf molekularer Ebene zu verstehen, und um diese Prinzipien zur Entwicklung synthetischer Systeme zu nutzen.”

Auch aus evolutionärer Sicht sind die Kondensate von Sup35 sehr interessant, da diese sogar in Hefearten erhalten sind, die sich seit rund 400 Mio. Jahren getrennt entwickeln. Dies lässt vermuten, dass die Fähigkeit Tropfen und Gele zu bilden, eine angestammte Funktion der Sup35 Prionendomäne ist. Titus Franzmann schlussfolgert: “Unsere Experimente legen nahe, dass Prionendomänen protein-spezifische Stress-Sensoren sind, die es Zellen erlauben, schnell auf bestimmte Umweltbedingungen zu reagieren. 

Auf diese Art konnten wir zum ersten Mal zeigen, dass eine Proteinregion, die bisher nur mit krankheitsverursachenden Aggregaten in Verbindung gebracht wurde, in einem anderen Kontext auch eine positive Funktion haben kann. 

Vielleicht ist das der Grund, warum die Evolution sie so lange bewahrt hat.”

Originalpublikation:
Titus M. Franzmann, Marcus Jahnel, Andrei Pozniakovsky, Julia Mahamid, Alex S. Holehouse, Elisabeth Nüske, Doris Richter, Wolfgang Baumeister, Stephan W. Grill, Rohit V. Pappu, Anthony A. Hyman und Simon Alberti, Phase separation of a yeast prion protein promotes cellular fitness, Science, (359) 5 January 2018.
DOI: 10.1126/science.aao5654

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