Neues Mittel gegen Schimmelpilzgift

Zitroneneukalyptus-Extrakte bekämpfen Aflatoxine

20.10.2015 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Aflatoxine tauchen entlang der gesamten Lebensmittelkette auf. Schuld sind Schimmelpilze, die kaum zu vermeiden sind. (Bildquelle: © iStock.com/ MilosCirkovic)
Aflatoxine tauchen entlang der gesamten Lebensmittelkette auf. Schuld sind Schimmelpilze, die kaum zu vermeiden sind. (Bildquelle: © iStock.com/ MilosCirkovic)

Das Schimmelpilzgift Aflatoxin B1 wird wegen seiner krebserregenden, organ- und erbgutschädigenden Wirkung weltweit gefürchtet und bekämpft. Dennoch taucht es immer wieder in Lebensmitteln auf. Eine aktuelle Studie belegt nun erstmals: Extrakte des Zitroneneukalyptusbaums sind zur effektiven und vor allem praktischen Bekämpfung geeignet. Ein Beweis für die Schlagkraft und das Potenzial von Pflanzeninhaltsstoffen.

Am häufigsten zu finden sind sie in Trockenprodukten, darunter Trockenfeigen, Pistazien, Erd- und Haselnüssen, in Gewürzen, aber auch in rohen Pflanzenölen. Die Rede ist von Aflatoxinen. Eine aus mindestens 18 Varianten bestehende Gruppe von Pilzgiften (Mykotoxin). Das Problem: Ausgerechnet die giftigste Form, nämlich B1, taucht am häufigsten in der Lebensmittelkette auf. Schuld sind vor allem zwei Schimmelpilzarten der Gattung Aspergillus, die es warm und feucht lieben: A. flavus und A. parasiticus.  Über längere Zeit aufgenommen führt ihr Gift bei Mensch und Tier zu Schäden am Erbgut und in der Leber, beeinträchtigt den Stoffwechsel (Metabolismus) und löst verschiedene Krebsarten aus.

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Die Kraft steckt in den Blättern der bis zu 50 Meter hohen Zitroneneukalyptusbäume. Das dunkel rotbraune Holz, das sich hinter der hellen Borke versteckt, spielt in der Forstwirtschaft eine wichtige Rolle. Hauptverbreitungsgebiet ist die Ostküste Australiens.

Die Kraft steckt in den Blättern der bis zu 50 Meter hohen Zitroneneukalyptusbäume. Das dunkel rotbraune Holz, das sich hinter der hellen Borke versteckt, spielt in der Forstwirtschaft eine wichtige Rolle. Hauptverbreitungsgebiet ist die Ostküste Australiens.

Bildquelle: © Bidgee/wikimedia.org/CC BY 3.0

Aflatoxine sind allgegenwärtig

Um diese negativen gesundheitlichen Wirkungen zu eliminieren, existieren in vielen Ländern produktspezifische Höchstwerte. Bei stichpunktartigen Lebensmittelkontrollen tauchen Aflatoxine immer wieder in der Lebensmittelkette auf. Die Folgen: Wirtschaftliche Schäden in Millionenhöhe und Lebensmittelverluste. Rund 1 Milliarde Tonnen kontaminierte Lebensmittel werden pro Jahr vernichtet. Trotz Vorsichts- und Kontrollmaßnahmen geht eine Vielzahl von Krebserkrankungen bis hin zu Todesfällen auf das Konto dieser Schimmelpilze. Grund genug, um nach neuen Lösungsansätzen zu suchen.

Eine neue Bekämpfungsstrategie

Einen neuen vielversprechenden Ansatz zur Bekämpfung von Aflatoxinen hat nun ein internationales Forscherteam vorgestellt. Sie schlugen einen komplett neuen Weg ein. Fernab von physischer Gewalt oder chemischer Hilfsmittel und ohne die Hilfe von Mikroorganismen setzten sie bei der Bekämpfung auf Extrakte des Zitroneneukalyptusbaums (Corymbia citriodora).

Grenzen bisheriger Verfahren

Zwar ist die Erhitzung von Lebensmitteln ein praktikabler Weg, um das Pilzgift zu zerstören, jedoch gehen dabei auch wertvolle Nährstoffe und Vitamine verloren. Abgesehen von den Veränderungen in Konsistenz und Optik. Ebenso die Variante, Mikroorganismen einzusetzen, um die giftigen Moleküle abzubauen. Nicht nur, dass sie den zu behandelnden Produkten ebenfalls Nährstoffe entziehen. Nicht selten fallen im Zuge ihrer Tätigkeiten eigene Stoffwechsel- und Abbauprodukte an, die ebenfalls unerwünscht in Lebensmitteln sind. Bezogen auf den Einsatz chemischer Hilfsmittel, z.B. Formaldehyde oder Natriumhydrogensulfat (NAHSO4), geben wiederum gesetzliche Bestimmungen u. a. im Lebensmittelrecht den Rahmen vor bzw. schränken den Einsatz ein. Zu Recht. Doch wie lautet nun die Alternative?

Detox-Kur mit Zitroneneukalyptus-Extrakten

In ihrer Studie lieferten die Forscher den Beweis, dass das Extrakt aus den Blättern und Ästen des Zitroneneukalyptusbaums in der Lage ist, das gefährliche B1 Aflatoxin abzubauen. Vor allem das Blattextrakt stellte sich als besonders effektiv heraus.

Für ihre Zwecke bedienten sich die Forscher an Zitroneneukalyptus Bäumen auf ihrem Universitätscampus. Als erstes erprobten sie die Wirkung der Extrakte unter Laborbedingungen: Sie nahmen 50 Mikroliter Proben mit destilliertem Wasser, die sowohl Aflatoxin B1 als auch B2 enthielten, und vermischten diese jeweils mit einer weiteren Lösung. Diese bestand aus 250 Mikroliter Wasser und den Pflanzenextrakten. Entweder aus den Blättern oder den Ästen. Im nächsten Schritt begannen sie, die Wirkung der Extrakte im Zeitverlauf (3 Stunden – 72 Stunden), aber auch unter dem Einfluss unterschiedlicher Temperaturen (25°C – 60 °C) und pH-Werte (2-10) zu beobachten.

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Aspergillus flavus unter dem Mikroskop. Der Schimmelpilz verbreitet sich weltweit in der Luft und im Boden. Er befällt bevorzugt fett- und stärkehaltige Samen, z.B. Getreide oder Nüsse. Auf diese Weise gelant der Pilz inklusive seines Gifts in die menschliche Nahrungskette. Die Menge an Aflatoxin, die der Pilz produziert, hängt von der Temperatur und Luftfeuchtigkeit ab. Je wärmer und feuchter, desto besser. Das Optimum liegt bei 20 °C.

Aspergillus flavus unter dem Mikroskop. Der Schimmelpilz verbreitet sich weltweit in der Luft und im Boden. Er befällt bevorzugt fett- und stärkehaltige Samen, z.B. Getreide oder Nüsse. Auf diese Weise gelant der Pilz inklusive seines Gifts in die menschliche Nahrungskette. Die Menge an Aflatoxin, die der Pilz produziert, hängt von der Temperatur und Luftfeuchtigkeit ab. Je wärmer und feuchter, desto besser. Das Optimum liegt bei 20 °C.

Bildquelle: © Ninjatacoshell/Wikimedia.org/CC BY-SA 3.0

Erfolgreiche Tests im Labor

Das Ergebnis: Bereits nach drei Stunden setzte der Abbauprozess der Aflatoxin-Moleküle ein, welcher sich bis zum Ende des Untersuchungszeitraums (72 Stunden) fortsetzte. Vermutlich auch darüber hinaus. „Die maximale Wirkung zeigte sich, wenn die Aflatoxine mit dem Blattextrakt behandelt wurden. Und das bei 30°C für 72 Stunden“, fasst Hauptautor Wajiha Iram zusammen. In Prozent ausgedrückt: Unter den genannten Bedingungen reduzierte sich die Zahl der Aflatoxin B1-Moleküle um 95%, von Aflatoxin B2 um 93%.

Was zeigte der Praxistest?

Im nächsten Schritt galt es, den Versuch an einem Lebensmittel zu wiederholen. Wenn möglich, mit ähnlich überzeugenden Ergebnissen, so die Hoffnung. Die Forscher entschieden sich für Mais (Zea mays). Eine Nutzpflanze, die immer wieder von dem Schimmelpilz heimgesucht wird.

Sie begannen, einzelne Maiskörner mit Aflatoxin B1 und B2 zu kontaminieren, um diese im nächsten Schritt mit den Extrakten zu behandeln. Nach 72 Stunden im Brutkasten stand das Ergebnis fest: Mit Hilfe der Extrakten aus den Blättern sank die Zahl der intakten Aflatoxin B1 Moleküle um 92%, von Aflatoxin B2 um immerhin 89%. Deutlich mehr, als bei der Verwendung von Extrakten aus den Ästen. Bei Letzteren sank die Zahl der Aflatoxine nur um 72% bzw. 59%. Doch was genau war bei der Entgiftung ausschlaggebend?

Das Grundgerüst gerät ins Wanken

„Entscheidend für die Senkung der Toxizität war das Entfernen einer Doppelbindung im Furan-Ring“ erklärt Iram das Geheimnis des Detox-Effekts. Jene Doppelbindung, mit der ein Großteil der Gesundheitsrisiken von Aflatoxin B1 begründet wird. Werden diese von Cytochrom-P450-Enzymen aktiviert, die praktisch in allen Lebewesen vorkommen und normalerweise an der Verstoffwechselung von nichtwasserlöslichen Stoffen beteiligt sind, hat dies gefährliche Konsequenzen.

Wie wird aus einem inaktiven Pilzgift eine toxische Spezies?

Es beginnt  mit der Bildung eines Epoxids an besagter Doppelbindung. Dieses macht aus dem biologisch inaktiven Pilzgift eine überaus reaktionsfreudige, vor allem toxische Spezies, die in der Lage ist, an DNA und RNA, ebenso wie Proteinen anzudocken.

Am häufigsten geschieht dies an einer ganz bestimmten Base, nämlich Guanin. Die Konsequenz: An Ort und Stelle entsteht ein neuer Komplex, ein sogenannter Aflatoxin-Addukt. Versagen nun körper- bzw. zelleigene Reperaturmechanismen bei der Beseitigung des DNA bzw. RNA-Aflatoxin-Addukts, kommt es bei der Replikation und Transkription zu Fehlpaarungen, sprich Mutationen.

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An Salinenkrebs (Artemia salina) überprüften die Forscher zum Schluss die Giftigkeit der Abbauprodukte. Im Vergleich zu den Aflatoxinen sank die Sterblichkeit der Krebse nach 96 Stunden von über 90% auf rund 15%.

An Salinenkrebs (Artemia salina) überprüften die Forscher zum Schluss die Giftigkeit der Abbauprodukte. Im Vergleich zu den Aflatoxinen sank die Sterblichkeit der Krebse nach 96 Stunden von über 90% auf rund 15%.

Bildquelle: © Hans Hillewaert/wikimedia.org/CC BY-SA 4.0

Infektion mit verheerenden Folgen

Auch im Fall des Andockens an ein Protein kommt es zur Bildung von Aflatoxin-Addukten, die nicht selten eine vollständige Inaktivierung des betroffenen Proteins nach sich ziehen. Die Folgen einer Infektion, auch Aspergillose genannt, sind verheerend. Es beginnt mit ersten Störungen im Zellbetrieb und mündet nicht selten in einer Schwächung des Immunssystem, Tumoren oder Organschäden.

Gefragt sind neue Methoden

Weil der Befall durch den Schimmelpilz jedoch realistisch betrachtet nicht komplett verhindert werden kann, bedarf es Methoden, die schnell, unkompliziert und rein prophylaktisch eingesetzt werden können. Hier betonen die Forscher zwar, dass ihre Ergebnisse im Grunde nur den ersten Aufschlag markieren bzw. den Beweis liefern, dass die pflanzlichen Extrakte des Zitroneneukalyptusbaums überhaupt als Mittel in Frage kämen. Dennoch sehen sie ein großes Anwendungspotenzial in ihrer Entdeckung. Schließlich handelt es sich bei den Extrakten um einen natürlichen Wirkstoff, der kostengünstig und umweltfreundlich gewonnen werden kann und relativ leicht und in großen Mengen herstellbar ist.

Denn schon heute spielt der Baum eine wichtige Rolle in der Forstwirtschaft in vielen Ländern entlang und südlich des Äquators. Das schwere, dunkel rotbraune Holz wird häufig im Haus- und Bootsbau, bei der Fertigung von Eisenbahnschwellen oder Möbeln eingesetzt.

Vorteile für den Verbraucher?

Vor allem aber würde sich die Anwendung einfacher gestalten, da weder hohe Temperaturen, chemische Substanzen noch Mikroorganismen nötig wären. Aus diesem Grund sehen die Forscher ein großes Anwendungspotenzial beim Verbraucher.

Grundlagenforschung mit Weitblick

Obwohl die Forscher selbst ihre Arbeit in der Grundlagenforschung verorten, stehen sie zweifelsfrei mit einem Fuß bereits im Bereich der angewandten Wissenschaften. Die Studie unterstreicht ein weiteres Mal das große Potenzial sekundärer Pflanzeninhaltsstoffe, das weit über das hinausgeht, was allgemein unter dem Begriff Pflanzenheilkunde verstanden wird.

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