Liquid chromatography tandem mass spectrometric methods for the evaluation of selected mycotoxin detoxification strategies

Abstract

Mykotoxine sind toxische sekundäre Stoffwechselprodukte diverser Schimmelpilze, welche landwirtschaftliche Produkte befallen können. Mykotoxinkontaminationen in Lebens- und Futtermitteln stellen eine Gesundheitsgefährdung für Mensch und Tier dar und daher wurden mehrere Methoden zur Bekämpfung von Mykotoxinen entwickelt. Ziel dieser Arbeit war die Evaluierung der Wirksamkeit unterschiedlicher Strategien zur Entgiftung von Mykotoxinen nach der Ernte. Ein Rhodococcus erythropolis-Stamm MTHt3 und dessen Enzyme ErgA und ErgB, welche Ergopeptine abbauen können, wurden zuvor isoliert und identifiziert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Strukturaufklärung und Charakterisierung von unbekannten Metaboliten durchgeführt, welche während des enzymatischen Abbaus von sechs Ergotalkaloiden durch MTHt3, dessen Lysat und das aufgereinigte Enzym ErgA gebildet wurden. Die Bildung von zwei Hauptgruppen neuer Metabolite wurde beobachtet: Ergin-Hydroxycarbonsäuren (instabile Zwischenmetabolite, welche in Ergin und eine Oxocarbonsäure zerfallen) und stabile, vermutlich nicht-toxische Diketopiperazine. Zudem konnte im Rahmen dieser Arbeit in vitro die Unwirksamkeit einer Mehrheit von getesteten Produkten mit der Behauptung, Deoxynivalenol und/oder Zearalenon in vivo zu entgiften, gezeigt werden. Zusätzlich wurde die Stabilität von hydrolysiertem Fumonisin B1 (HFB1) und N-(1-Deoxy-D-Fructos-1-yl) FB1 (NDF) unter Bedingungen, welche im menschlichen Magen-Darm-Trakt herrschen, getestet. HFB1 wurde teilweise im Zuge der Inkubation mit menschlichen Fäkalien metabolisiert, während NDF teilweise während der Inkubation mit Verdauungssäften gespalten wurde. Weiters wurde die toxikologische Relevanz von partiell hydrolysiertem FB1 (pHFB1), HFB1 und NDF in Ratten evaluiert. Alle getesteten Fumonisin-Derivate zeigten eine reduzierte toxikologische Relevanz, obwohl partieller Abbau von NDF zu FB1 in Kotproben gezeigt werden konnte. Zusammenfassend wurde der gegenwärtige Wissensstand über vielversprechende Strategien zur Entgiftung von Mykotoxinen erweitert.

Mycotoxins are toxic secondary metabolites produced by filamentous fungi that parasitize agricultural goods. Mycotoxin contamination of food and feed is a threat to human and animal health. Consequently, several methods for counteracting mycotoxins have been developed. The main objective of this thesis was to evaluate the efficacy of different mycotoxin detoxification strategies at the post-harvest side. A Rhodococcus erythropolis strain MTHt3 and its enzymes ErgA and ErgB, which are able to degrade ergopeptines, were isolated and identified previously. Within this thesis, the structure elucidation and characterisation of unknown metabolites formed during enzymatic degradation of six ergot alkaloids by MTHt3, its lysate and the purified enzyme ErgA was conducted. The formation of two main groups of new metabolites was observed: ergine hydroxy carboxylic acids (unstable metabolites that decompose to ergine and an oxocarboxylic acid) and stable, probably non-toxic diketopiperazines. Moreover, within this thesis the ineffectiveness of a majority of tested products claiming in vivo detoxification of deoxynivalenol and/or zearalenone was demonstrated in vitro. Additionally, the stability of hydrolysed fumonisin B1 (HFB1) and N-(1-deoxy-D-fructos-1-yl) FB1 (NDF) under human gastrointestinal conditions was tested. HFB1 was partially metabolised during incubation with human faeces, while NDF was partially cleaved during incubation with digestive juices. Furthermore, the toxicological relevance of orally administered FB1, partially hydrolysed FB1 (pHFB1), HFB1 and NDF in rats was evaluated. All tested compounds were of lower toxicological relevance, although partial decomposition of NDF to FB1 was observed in faeces samples. In conclusion, the current knowledge on promising mycotoxin detoxification strategies was extended.