DOI: 10.14279/depositonce-6429
title: In silico Toxizitätsvorhersage der hitzebedingten Lebensmittelkontaminanten 3-MCPD, 2-MCPD und 2-MCPD-Dipalmitat und anschließende vergleichende proteomische Analyse substanzinduzierter molekularer Veränderungen in Leber, Niere, Hoden und Herz der Ratte

description: Die Entdeckung einer Vielzahl an Produkten der Maillard-Reaktion und Lipidoxidation in einem breiten Spektrum an zubereiteten Lebensmitteln wie etwa Grillgut, Kaffee, Pflanzenölen und erhitztem Getreide setzte die behördlichen Verbraucherschützer unter Druck. In Ermangelung hinreichender Daten zu toxikologischen Eigenschaften ist eine adäquate Risikobewertung für viele hitzebedingte Lebensmittelkontaminanten kaum möglich. Daher wurde die Möglichkeit der insilico-Vorhersage für die Endpunkte Mutagenität und Kanzerogenität auf Basis der (Quantitative) Structure Activity Relationship (QSAR) für mehr als 800 Substanzen untersucht. Hierbei kamen für den Endpunkt Mutagenität fünf und für den Endpunkt Kanzerogenität drei frei verfügbare Softwaremodelle zum Einsatz. Infolge der Kombination der jeweiligen Modelle ergab sich ein Mutagenitäts- bzw. Kanzerogenitätswert für jede untersuchte Substanz, welcher als Ausdruck für die potentielle Toxizität gewertet werden kann. Eine anschließende Recherche ergab eine gute Übereinstimmung zwischen der in silico-Vorhersage und verfügbaren experimentellen Daten. Unter den Top 10 der vermeintlich bedenklichsten Substanzen bezüglich des Endpunktes Mutagenität finden sich 3-MCPD und 2-MCPD, welche in einem proteomischen Ansatz in einer subakuten 28-Tage-Toxizitätsstudie an männlichen Wistar-Ratten hinsichtlich ihrer toxikologischen Eigenschaften untersucht wurden. Trotz der strukturellen Ähnlichkeit der beiden Chloropropanole zeigte sich nur eine geringe Überschneidung in den von ihnen deregulierten Proteinen. Ungeachtet dessen zeigten in der Vorhersage sowohl 3-MCPD als auch 2-MCPD ähnliche toxische Eigenschaften. Die zu Grunde liegenden Mechanismen bleiben im Dunkeln. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass 2-MCPD und mit Palmitinsäure veresterte 2-MCPD-Fettsäureester gleichartige Effekte in den betrachteten Organen hervorrufen, was auf eine Freisetzung von 2-MCPD aus 2-MCPD-Fettsäureester hindeutet. Mögliche Synergieeffekte in realitätsnahen Gemischen der betrachteten Substanzen gilt es noch zu untersuchen.
description: The detection of numerous Maillard reaction and lipid oxidation products in a variety of processed food such as grilled meat, coffee, edible plant oils and heated cereals did put a lot of pressure on federal consumer protection authorities. Due to the lack of sufficient data regarding toxicological characteristics, an adequate risk assessment for numerous heat-induced food contaminants is not possible. Therefore the possibilities of in silico predictions regarding the endpoints mutagenicity and cancerogenicity based on (quantitative) structure activity relationship (QSAR) was examined for more than 800 substances. For this approach, five software tools for mutagenicity prediction and three carcinogenicity prediction tools were used, all of them beeing freely available. The combination of the software tool output yielded a mutagenicity score or carcinogenicity score, which can be seen as a kind of putative toxicity index. A subsequent inquiry revealed good correlation between in silico prediction and available experimental data. For the substances 3-monochloro-1,2-propanediol (3-MCPD) and 2-monochloro-1,3-propanediol (2-MCPD), which were found amongst the top 10 rated compounds regarding the endpoint mutagenicity, a proteomic approach using a subacute 28-day toxicity study on male Wistar rats was issued to find out more about their toxicological characteristics. Despite their structural similarities, there was only small commonality of deregulated proteins between the chloropropanoles. Regardless of this, 2-MCPD and 3-MCPD showed similar toxic effects. The mechanism behind remains unrevealed. In addition, it was shown that 2-MCPD esterified with palmitic acid caused similar effects on the organs focused on in the current study indicating a release of free 2-MCPD. Possible synergistic effects based on real life mixtures of the substances examined in this study demand their discovery.