Mykotoxine in Lebensmitteln

Die am besten untersuchten Mykotoxine sind Aflatoxine. Sie werden von Schimmelpilzarten der Gattung Aspergillus (A. flavus und A. parasiticus) gebildet, die vor allem in Regionen mit feuchtwarmem Klima anzutreffen sind. Die Erforschung der Aflatoxine (AF), ihrer Schadwirkungen und der Präventionsstrategien sind in Reviews beschrieben [10‐12]. Akute Vergiftungen und sehr hohe Leberkrebsinzidenzen finden sich insbesondere in Regionen in Afrika und Südostasien, wo die Aflatoxinkontamination von Nahrungsmitteln weiterhin eine große Rolle spielt. Aber auch in Deutschland wurde 1973 über einen Todesfall infolge akuten Leberversagens nach Verzehr von kontaminierten Paranüssen berichtet [13]. Die am stärksten toxischen Schimmelpilzgifte sind AFB₁ und AFG₁ sowie der im Organismus gebildete hydroxylierte Metabolit AFM₁, den Mensch und Tier nach AFB₁-Aufnahme mit Milch und Urin ausscheiden [11, 12]. AFM₁ ist etwa um den Faktor 10 weniger potent als AFB₁; es kann in analoger Weise wie AFB₁ und AFG₁ bioaktiviert werden (s. unten) und ist im Tierversuch kanzerogen wirksam. Die IARC hat im Jahr 2012 AFM₁ nun, wie die anderen Aflatoxine, in die Gruppe 1 (kanzerogen für den Menschen) eingestuft (Tab. 2).

Den über fünf Dekaden erforschten molekularen Mechanismus der kanzerogenen Wirkung versteht man heute recht gut [10]: Die zumeist dominierende Aflatoxinkontaminante AFB₁ wird nach Aufnahme zum reaktiven 8,9-Epoxid metabolisiert, welches sich kovalent an die DNA bindet und Genmutationen auslöst, u. a. charakteristische Mutationen im Tumorsuppressorgen TP53. AFB₁-Epoxid kann aber auch von Glutathion-S-Transferasen entgiftet werden oder an Proteine binden. Verschiedene Metabolite, wie das Serum-Albumin-Addukt (im Blut) oder das AF-N⁷-Guanin-Addukt und AFM₁ (im Urin) belegen in epidemiologischen Studien als valide Biomarker zum einen den Zusammenhang zwischen einer Exposition und dem Erkrankungsrisiko, zum anderen den Erfolg von Interventionen zu deren Reduktion. Studien zum AF-induzierten hepatozellulären Karzinom haben auch die synergistische Rolle von Hepatitis-B-Virus(HBV)-Infektionen aufgedeckt [10, 11]. Weniger gut untersucht sind bislang Mechanismen, die der tumorpromovierenden, der immunsuppressiven und der wachstumsmindernden Wirkung bei Kindern zugrunde liegen. Letztere wurde in Benin und Gambia unter Aflatoxinexposition beobachtet [12]. Frühe (prä- und postnatale) Expositionen verdienen ein besonderes Augenmerk, gerade in Entwicklungsländern, wo es gilt, besser über Gefährdungen durch Aflatoxine und andere Mykotoxine (z. B. Fumonisine) aufzuklären und geeignete Interventionsstrategien zur Minderung dieser Risikofaktoren für akute und chronische Erkrankungen stärker zu etablieren. Wichtige Quellen für Aflatoxine sind kontaminiertes Getreide, primär Mais, aber auch Nüsse und Gewürze [1, 2]. Hinzu kommt, dass nach Aufnahme von AFB₁-belasteter Nahrung Tiere und stillende Frauen AFM₁ mit der Milch ausscheiden (mehr dazu im Abschn. „Expositionsschätzung“).

Die weit verbreitete Pilzgattung Alternaria infiziert unterschiedliche Produkte wie Getreide, Äpfel, Kartoffeln, Tomaten, Zitrusfrüchte, Oliven und Sonnenblumensamen. Alternaria spp. produzieren eine Vielzahl potenziell gefährlicher Substanzen, darunter Alternariol (AOH), Alternariolmonomethylether (AME), Tentoxin (TEN) und Altenuen (ALT), Altertoxin I (ATX-I), Altertoxin II (ATX-II), Altenuisol (ATL), Isoaltenuen (isoALT), Altenuinsäure III (AA-III) und Tenuazonsäure (TeA) sowie die A. lycopersici(ALL)-Toxine TB1 und TB2. Die Toxizität ist bislang nur unzureichend charakterisiert [14]. ALT und TeA sind stärker akut toxisch als andere Verbindungen wie AOH und AME, die weniger gut resorbiert werden. In älteren Nagerstudien fanden sich Hinweise auf fetotoxische und teratogene Effekte, aber nur bei subkutaner oder intraperitonealer Gabe hoher Dosen (Tab. 22 in [14]), die viele Größenordnungen über denen einer zu erwarteten (oralen) Humanexposition lagen. Von Interesse sind In-vitro-Befunde zu gentoxischen Effekten: AOH und AME sind in Bakterien und Säugerzellen gentoxisch, allerdings nicht so stark mutagen wie die Altertoxine ATX-I und ATX-II. Eine differenzierte Betrachtung ist sinnvoll, denn mechanistische Studien sprechen zum einen für die Annahme von Wirkschwellen, schließen zum anderen aber auch DNA-reaktive Metabolite nicht aus (Literatur in [15]). Überzeugende Daten zu kanzerogenen Wirkungen von Alternaria-Toxinen liegen aber nicht vor [14].

Neue Studien mit Methoden, die eine breite Palette an Alternaria-Toxinen erfassen, zeigen deren Vorkommen im µg/kg-Bereich in verschiedenen Lebensmitteln [16]. Auf eine häufige Aufnahme deuten im Urin deutscher Probanden ausgeschiedene Metabolite der Tenuazonsäure [17]. Ob diese Expositionen eine toxikologische Relevanz hat, lässt sich noch nicht abschließend beantworten. Zumeist liegen die berechneten Aufnahmen unterhalb der Werte, die Anlass für eine gesundheitliche Besorgnis geben (siehe Abschn. Risikocharakterisierung).

Citrinin (CIT) ist zuerst als Metabolit von P. citrinum entdeckt worden [7]. Doch auch andere Penicillium- und einige Aspergillus-Arten (A. oryzae) sowie Monascus ruber und M. purpurea produzieren dieses Mykotoxin [18]. CIT (Monascidin A) findet sich als unerwünschte Kontaminante in Monascus-Fermentationsprodukten wie Rotschimmelreis, die als Nahrungsergänzungsmittel eine Rolle spielen⁵. Das Polyketid-Mykotoxin tritt vor allem in Getreiden und anderen pflanzlichen Produkten wie Bohnen, Früchten, Gewürzen sowie Frucht- und Gemüsesäften auf (Appendix B, Tab. B1 in [18]).

Ebenso wie das strukturell verwandte Ochratoxin A (OTA; s. unten.) wirkt CIT in verschiedenen Spezies nierentoxisch. Damit kontaminiertes Futter verursacht z. B. Nephropathien bei Schweinen [19]. Es wird daher ein ursächlicher Zusammenhang von CIT und/oder OTA mit der sog. Balkan-Nephropathie diskutiert, zumal beide Mykotoxine im Getreide der Endemie-Gebiete als Ko-Kontaminanten auftreten [18, 19]. Die IARC hat CIT in Gruppe 3 eingestuft (d. h. hinsichtlich Kanzerogenität für den Menschen nicht einstufbar; Tab. 2). Auch die EFSA (2012) sieht keine klaren Belege für ein kanzerogenes Potenzial von CIT, weist aber auf das Fehlen einer klassischen Langzeitstudie in Nagern hin. Befunde in verschiedenen In-vitro- und In-vivo-Tests zeigen ein gentoxisches Potenzial von CIT, vor allem eine aneuploidogene Wirkung und chromosomale Aberrationen, aber keine Induktion von Mutationen in Bakterien und Säugerzellen (Übersichten in [18, 20]). Gemische von OTA und CIT zeigen in vitro zumeist additive Effekte, wenn jeweils einzeln wirksame Konzentrationen eingesetzt werden. Allerdings liegen die Testkonzentrationen (µM) weit über den im Blut von Tieren oder Menschen gemessenen (nM) Konzentrationen beider Mykotoxine [20].

Studien mit wiederholter Gabe von CIT an etlichen Tierspezies (Schweine, Meerschweinchen, Hamster, Hunde, Ratten) belegen eine nephrotoxische Wirkung und liefern auch Hinweise auf Unterschiede in deren Empfindlichkeit [18]. Ob hier Speziesunterschiede in der Kinetik eine Rolle spielen, ist unklar, denn Daten zur Aufnahme, Verteilung, Metabolisierung und Ausscheidung (ADME) von CIT sind rar. In Ratten wird renal vor allem unverändertes CIT ausgeschieden und ein geringer Anteil an Dihydrocitrinon (DH-CIT), einem Metabolit mit deutlich geringerer In-vitro-Toxizität [20]. In humanen Urinproben finden sich dagegen viel höhere Konzentrationen des Metaboliten DH-CIT als nichtverstoffwechseltes CIT [21], was für eine bessere Entgiftung von CIT im Menschen als im Nager spricht.

Aus einer 90-Tage-Nagerstudie leitet die EFSA eine Dosis ohne toxische Wirkung (NOAEL) von 20 µg/kg Körpergewicht (KG) pro Tag für Effekte auf die Rattenniere ab. Die Division mit dem Extrapolationsfaktor 100 ergibt dann den sog. „level of no concern for nephrotoxicity“ von 0,2 µg/kgKG/Tag für den Menschen, als Orientierungswert für eine erste Risikoabschätzung [18]. In der Stellungnahme der EFSA wird auf erhebliche Unsicherheiten in der Datenlage u. a. zur Humanexposition hingewiesen, da die CIT-Kontamination in Nahrungsmitteln bisher nur unzureichend untersucht ist und Daten zum möglichen „carry-over“ aus Futtermitteln in tierische Produkte fehlen. Vor diesem Hintergrund ist die weitere Forschung u. a. zu den CIT-Quellen angezeigt, zumal neue Humanbiomonitoring-Befunde eine häufige Exposition anzeigen ([21, 22] und Abschnitt „Expositionsabschätzung“).

Der Pilz Claviceps purpurea infiziert Getreide, vor allem Roggen, und bildet Sklerotien, die auch als Mutterkorn (Secale cornutum) bekannt sind. Sie enthalten eine Reihe von Ergot-Alkaloiden, hauptsächlich Ergotamin, Ergometrin, Ergosin, α‑ und β‑Ergocryptin, Ergocrystin und Ergocornin [23]. Die Mutterkornalkaloide gelangen beim Vermahlen der Körner ins Mehl und haben in früheren Zeiten durchaus häufig schwere Vergiftungen (Ergotismus) verursacht [1, 24]. Die zwei Formen, der Ergotismus gangraenosum und der Ergotismus convulsivus dürften mit der variablen Zusammensetzung toxisch und pharmakologisch wirksamer Mutterkornalkaloide zusammenhängen. Beim sog. Sankt-Antonius-Feuer (der ersten Form), kam es zu Parästhesien und infolge chronischer Verengung der Blutgefäße zu Ischämie und Gangrän an den Gliedmaßen, die nicht selten amputiert werden mussten. Bei der zweiten Form, dem sog. Veitstanz, kommt es zu tonisch-klonischen Krämpfen mit sehr schmerzhaften Dauerkontrakturen sowie Halluzinationen und Psychosen. Heute ist in der EU eine Obergrenze von nicht mehr als 0,05 % Mutterkorn im Getreide allgemein akzeptiert, und moderne Mühlentechnik wird zum Aussortieren der Sklerotien eingesetzt.

Ergot-Alkaloide und -Derivate werden auch in der Medizin eingesetzt, wo die vasokonstriktive und kontrahierende Wirkung des Ergotamin auf glatte Muskulatur beispielsweise in der Migränetherapie und zur nachgeburtlichen Kontraktur der Uterusmuskulatur genutzt wird [24]. Therapeutisch eingesetzte Dosierungen sowie Tierversuchsdaten (zur Vasokonstriktion) dienten der EFSA als Ausgangspunkte zur Ableitung eine Gruppenwertes für Ergot-Alkaloide, und zwar einer tolerierbaren Tagesdosis (TDI) von 0,6 µg/kgKG und einer akuten Referenzdosis von 1 µg/kgKG [23]. Bei Aufnahme von Mutterkornalkaloiden in dieser Höhe ist nicht mit toxischen oder pharmakologischen Wirkungen zu rechnen. Die EFSA verweist noch auf gewisse Unsicherheiten bei der Exposition, weil mögliche Beiträge durch andere als die analysierten Lebensmittelgruppen nicht völlig ausgeschlossen werden können.

Fumonisine sind zumeist von Fusarium-Arten (F. verticillioides, F. proliferatum) produzierte polare Mykotoxine, die hauptsächlich in Mais und daraus hergestellten Produkten auftreten. Fumonisin B₁ (FB₁) gilt aufgrund der Prävalenz und Toxizität als wichtigste Kontaminante aus dieser Gruppe [25]. In Nagerstudien wirkt FB₁ bei chronischer Gabe kanzerogen in Niere (bei männlichen Ratten) und Leber (bei weiblichen Mäusen). Daher und weil man in Regionen mit hoher Exposition auch erhöhte Inzidenzen an Ösophagus- und Lebertumoren findet, werden Fumonisine (FB₁, FB₂) als Krebsrisikofaktor für den Menschen angesehen ([8]; Tab. 2). Da für gentoxische Effekte keine Evidenz vorliegt, wird eine tumorpromovierende Wirkung vermutet. Als möglicher zellulärer Mechanismus wird eine Imbalance bei Zellproliferation und Differenzierung diskutiert infolge von Störungen des Sphingolipidstoffwechsels (s. unten) und weiteren Effekten [26].

Fumonisin-kontaminiertes Futter kann ein breites Spektrum toxischer Wirkungen in Nutztieren verursachen: So entwickeln Pferde eine massive Leukoenzephalopathie, und bei Schweinen treten Lungenödeme auf. In diesen und anderen Spezies wird eine dosisabhängige Schädigung der Leber und weiterer Organe beschrieben, wobei Leber und Niere als Hauptzielorgane gelten [25, 26]. Auch adverse Wirkungen auf den sich entwickelnden Organismus sollten in Betracht gezogen werden, weil die Gabe von FB₁ an schwangeren Mäusen zu Neuralrohrdefekten in den Embryonen führt (Literatur in [27]).

Als Ursache für die in verschiedenen Spezies beobachteten toxischen Effekte wird eine Hemmung der Ceramidsynthase(n) angesehen; in deren Folge kommt es zum Anstieg freier Sphingoidbasen und Sphingoid 1-Phosphate sowie zur Depletion komplexerer Sphingolipide [25, 27]. Eine anhaltende Disruption des Sphingolipid- und Glycerolipidmetabolismus kann dann zelluläre Signalwege stören, die für normale Zellfunktionen kritisch sind. Schon früh sind Veränderungen im Sphinganin/Sphingosin(Sa/So)-Verhältnis in Geweben, Blut und Urin exponierter Tiere aufgefallen und werden nun auch als biochemischer Effektmarker für eine Fumonisinbelastung beim Menschen genutzt, so die im Blut ermittelten Konzentrationen an Sa 1-Phosphat und So 1-Phosphat und deren Quotient [27]. Die Messung von FB₁ im Urin ist ein weniger sensitiver Expositionsparameter, denn nur etwa 0,5 % einer aufgenommenen Dosis werden renal ausgeschieden. Dies steht in Einklang mit Kinetikstudien in verschiedenen Spezies, die nach oraler Gabe von FB₁ zwar eine rasche Absorption, aber eine sehr geringe Bioverfügbarkeit (<4 % der Dosis) anzeigen⁶ [26, 27]. FB₁ wird überwiegend in unveränderter Form mit den Fäzes ausgeschieden. Da der Metabolismus offenbar keine große Rolle spielt, ist das Mykotoxin selbst als potentes toxisches Wirkprinzip anzusehen.

Trotz eines plausiblen Wirkungsmechanismus – initiale Hemmung der Ceramidsynthase und davon getriggerte Folgereaktionen – besteht weiterer Forschungsbedarf zu Fumonisinen: So sind u. a. Gründe für die Spezies-spezifische Ausprägung der Toxizität noch nicht hinreichend klar. Ferner sind mögliche Kombinationswirkungen von FB₁ und AFB₁, die z. B. in Afrika häufig als Ko-Kontaminanten in Mais auftreten, noch unzureichend erforscht.

Ochratoxin A (OTA) wurde zuerst aus Aspergillus ochraceus isoliert, in der Folge auch als Produkt weiterer Aspergillus- und einiger Penicillium-Spezies [2, 7]. OTA ist eine in Nahrungsmitteln weltweit vorkommende Kontaminante, vor allem in Getreide und daraus hergestellten Produkten sowie in Kaffee, Kakao, Bier, Nüssen, Trauben und Wein [28]. Aus OTA-haltigen Futtermitteln gelangt es auch in tierische Lebensmittel wie Milch, Käse und Wurst. Wegen der Toxizität von OTA (s. unten) gelten Regelungen zu Höchstgehalten in Lebensmitteln [6], und bereits 1999 hat die deutsche OTA-Studie⁷ in einem kombinierten Ansatz (externe und interne Exposition) ermittelt, ob Belastungen der Verbraucher über gesundheitlich unbedenkliche Hintergrundexpositionen hinausgehen.

OTA ist bekannt für seine in etlichen Spezies beobachtete potente nephrotoxische Wirkung und sein in Nagerstudien dokumentiertes kanzerogenes Wirkpotenzial. Die IARC hat OTA in die Gruppe 2B (möglicherweise kanzerogen für den Menschen) eingestuft (Tab. 2); belastbare Daten für eine Rolle bei Humantumoren liegen nicht vor. Der vermutete Zusammenhang zwischen der Balkan-Nephropathie (BEN) und Mykotoxinexpositionen (OTA und CIT) [19, 29] wird inzwischen sehr kritisch gesehen, zum einen wegen der unterschiedlichen Pathologien von BEN und den OTA-induzierten Rattennierentumoren [30, 31], zum anderen belegen neue molekularepidemiologische Studien eine maßgebliche Rolle für Aristolochiasäure⁸ in der Genese von BEN [32].

Da Forschungsbefunde zur Toxikokinetik, zur Toxikodynamik und zum Wirkungsmechanismus von OTA in Reviews ausführlich dargestellt sind [29, 30, 33], werden wesentliche Erkenntnisse hier nur kurz zusammengefasst: Hauptzielorgan der toxischen Wirkung ist die Niere; im Schwein (der empfindlichsten Tierart) wurde für frühe Marker nephrotoxischer Effekte ein „lowest observable effect level“ (LOEL) von 8 µg/kg Körpergewicht/Tag gefunden. Dieser LOEL dient als Startpunkt für die Ableitung tolerabler Aufnahmemengen an OTA für den Menschen [28]. OTA wird im Gastrointestinaltrakt teilweise hydrolysiert zum nichttoxischen Metabolit OT-alpha (OTα), eine in Wiederkäuern viel effizienter ablaufende Reaktion als in monogastrischen Spezies wie Schwein oder Mensch. Nach der Resorption entstehen in geringem Umfang auch hydroxylierte Metabolite (4-HO-OTA, 10-OH-OTA) sowie Konjugate (Glucuronide von OTA und OTα). Die für toxische Effekte maßgebliche Form ist OTA selbst: Es kann sich in Zielgeweben wie der Niere anreichern und wird je nach Spezies unterschiedlich schnell ausgeschieden. Im Menschen beträgt die Halbwertzeit von OTA im Blut etwa 35 Tage; wegen seiner starken Bindung an Plasmaproteine wird täglich nur eine kleine (freie) Fraktion des zirkulierenden OTA renal ausgeschieden. Auch mit Muttermilch wird OTA ausgeschieden. Im Humanbiomonitoring liefern Messungen von OTA in Blut (Plasma oder Serum), Milch und Urin daher wertvolle Hinweise zur Exposition (s. hierzu Abschn. „Expositionsschätzung”).

Ein für die Risikobewertung wichtiger Aspekt sei hier noch kurz genannt. OTA weist zwar ein gentoxisches Potenzial auf: In-vivo-Tests und In-vitro-Tests zeigen aneuploide und klastogene Effekte, aber keine Induktion von Mutationen in Bakterien und Säugerzellen [20, 28]. Für OTA liegen zudem keine belastbaren Daten für eine Bioaktivierung zu DNA-reaktiven Metaboliten vor [30]; daher kann auch für gentoxische Effekte von einer Wirkschwelle ausgegangen werden [9]. Die von der EFSA gewählte Ableitung eines TDI-Wertes für OTA auf der Basis nephrotoxischer Wirkungen (s. oben) ist daher sinnvoll.

Als wichtigster Produzent von Patulin (PAT) gilt Penicillium expansum, ein Schimmelpilz, der vor allem Äpfel, Birnen und anderes Obst befällt [1, 7]. Nach der Verarbeitung findet sich PAT in Kompott, Säften und ähnlichen Produkten; dafür gelten Höchstgehalte [6], um den Verbraucher vor Expositionen mit unerwünschten Wirkungen zu schützen. In geringen Konzentrationen wird PAT gelegentlich auch in Getreide und Gemüse gefunden.

Bereits 1995 ist PAT von der WHO und dem „Gemeinsamen FAO/WHO-Sachverständigenausschuss für Lebensmittelzusatzstoffe“ (JECFA) evaluiert worden [34]. Neuere Studien zur Biosynthese und Toxizität von PAT und zum gentoxischen Mechanismus fassen andere Artikel zusammen [35, 36]. Das Polyketid-Lakton PAT reagiert mit Sulfhydrylgruppen, kann Enzyme wie membrangebundene ATPasen hemmen, den zellulären Glutathionspiegel absenken, oxidativen Stress auslösen und gentoxisch wirken. Eine kanzerogene Wirkung wurde aber weder nach oraler noch nach intraperitonealer Gabe nachgewiesen [34]. PAT ist daher von der IARC in Gruppe 3 eingestuft worden (Tab. 2; [8]). PAT schädigt vor allem Zellmembranen; nach oraler Aufnahme hinreichend hoher Dosen kommt es beim Tier zu Schleimhautreizungen mit Übelkeit, Erbrechen und Durchfällen. Eine wiederholte Gabe kann auch zu Blutungen und zu neurotoxischen Symptomen führen. Ferner beeinflusst PAT verschiedene Parameter des Immunsystems [35]. PAT zeigt im Nager zudem ein reprotoxisches Potenzial, allerdings bei Dosen, die mehrere Größenordnungen über der vom Menschen aufgenommenen Menge liegen. Aus einer kombinierten Langzeitstudie (zur Kanzerogenität und Reproduktionstoxizität) hat der JECFA den NOEL von 43 µg/kgKG für PAT als Startpunkt zur Ableitung einer tolerablen Aufnahmemenge (PMTDI) von 0,4 µg/kgKG für den Menschen gewählt [34]. Ausgehend davon sind Höchstgehalte für PAT in Fruchtsäften und ähnlichen Produkten gesetzt worden, mit den niedrigsten Gehalten (10 µg/L) für Kindernahrung (s. unten, Abschnitt „Regulierung”).

Als Trichothecene bezeichnet man eine sehr große Gruppe von zyklischen Sequiterpenen mit einem Epoxidring, die vier Untergruppen (Typ A–D) umfasst. Trichothecene werden von Pilzen aus verschiedenen Gattungen produziert, u. a. Fusarium, Myrothecium, Trichoderma, Trichothecium und Stachybotrys [1, 2, 7]. Relevante Kontaminanten in Nahrungsmitteln sind von Pilzen der Gattung Fusarium produzierte Mykotoxine wie Deoxynivalenol, Nivalenol und Fusarenon-X aus der Gruppe der Typ B-Trichothecene sowie T‑2-, HT-2-Toxin und Diacetoxyscirpenol aus der Gruppe der Typ A-Trichothecene. Diese sind potente Inhibitoren der Proteinsynthese; sie wirken generell zellschädigend und greifen nach Aufnahme den Gastrointestinaltrakt an, beeinträchtigen aber auch die Blutbildung und das Immunsystem und lösen unerwünschte neuronale Wirkungen aus (s. unten). Trichothecene gelten dagegen nicht als erbgutschädigend oder kanzerogen (Tab. 2). Wissenschaftliche Gremien der WHO und der EU haben toxikologische Bewertungen für Deoxynivalenol, Nivalenol sowie T‑2- und HT-2-Toxin vorgenommen; Diacetoxyscirpenol wird derzeit von der EFSA evaluiert.

Das hydroxylierte Resorcylsäurelacton Zearalenon (ZEN) wird von Stämmen der Gattung Fusarium, insbesondere F. graminearum, aber auch F. culmorum und anderen, produziert [7]. Die Fusarien infizieren Getreide bereits im Feld und spielen als Schadpilze vor allem bei Mais und Weizen eine große Rolle. ZEN ist überwiegend in Mais und Maisprodukten (z. B. Chips und Frühstücksflocken) zu finden, wurde aber auch in anderen Getreidearten (Gerste, Hafer, Hirse, Roggen, Weizen) und in Soja nachgewiesen [2, 44]. Die ermittelten Gehalte an ZEN liegen deutlich unterhalb derer für DON, eine in Getreide viel häufigere Ko-Kontaminante. Über kontaminierte Futtermittel gelangt ZEN auch in tierische Produkte, insbesondere in die Leber der Tiere; in Fleisch ist es dagegen kaum nachweisbar. ZEN bzw. die im Säugerorganismus gebildeten Metabolite (s. unten) können auch in Milch übergehen [44]. Der Beitrag zur Aufnahme lässt sich derzeit nicht quantifizieren, wird aber in Relation zu der aus Lebensmitteln pflanzlicher Herkunft eher als gering angesehen.

ZEN unterscheidet sich wegen der sehr geringen akuten Toxizität deutlich von anderen Fusarium-Metaboliten (z. B. Fumonisine, Trichothecene); aufgrund seiner ausgeprägten hormonellen (östrogenartigen) Wirkung wird es oft als Mykoöstrogen bezeichnet. ZEN wird nach oraler Aufnahme gut resorbiert und im Organismus in verschiedene Metabolite umgewandelt (Abbildungen in [44, 45]). In geringer Menge entstehen am aromatischen Ring hydroxylierte ZEN-Metabolite, katalysiert durch Cytochrom-P450-Enzyme. Dagegen überwiegt eine reduktive Umsetzung durch 3α-/3β-Steroid-Dehydrogenasen zu α‑Zearalenol (α-ZEL) und β‑Zearalenol (β-ZEL). Je nach Spezies dominiert eine Form. Das ist von Interesse, weil die hormonelle Aktivität variiert: Die am stärksten östrogen wirksame Form ist α‑ZEL > ZEN > β‑ZEL. Von Phase-II Enzymen werden ZEN und seine Hauptmetabolite α‑ZEL und β‑ZEL dann effizient zu Konjugaten (Glucuronide und Sulfate) umgesetzt. ZEN wird im Schwein viel stärker zu α‑ZEL als zu β‑ZEL metabolisiert; dies wird als Grund für deren im Vergleich mit anderen Tierspezies hohe Empfindlichkeit für endokrine Wirkungen angesehen [44]. Ein aktueller Review zur Ausscheidung beim Menschen zeigt ähnliche Anteile für ZEN und seine Metabolite α‑ZEL und β‑ZEL im Urin [45].

Auf Basis einer im Schwein nicht mehr hormonell wirksamen ZEN-Dosis (NOEL von 10 µg/kgKG) und dem Gesamtextrapolationsfaktor 400 ist eine für Menschen tolerierbare tägliche Aufnahmemenge von 0,25 µg/kg abgeleitet worden. Nach früheren Expositionsschätzungen der EFSA von 2011 wird der TDI bei Erwachsenen in Europa unterschritten; im Fall von Kleinkindern und einem Worst-case-Szenario kann der TDI temporär überschritten werden [44]. Bisher bei Routineanalysen nicht erfasste Formen von ZEN (pflanzliche Glykoside und andere Konjugate), die im Organismus als östrogenaktive freie Form bioverfügbar werden, können aber zur Gesamtexposition beitragen. Dies berücksichtigt die neue Evaluierung der EFSA, die den früheren TDI für ZEN bestätigt, aber nun als Gruppenwert für die Summe von ZEN und dessen modifizierte Formen setzt [46]. Ferner wird auf Unsicherheiten in der Expositionsschätzung verwiesen und auf den daraus resultierenden Forschungsbedarf zur Analyse in Lebensmitteln. Für Risikogruppen wie Kinder sollten zudem mögliche Beiträge zur Exposition über Milch und Muttermilch in Betracht gezogen und untersucht werden. Als komplementärer Ansatz zur Expositionsermittlung kann auch das Humanbiomonitoring dienen: Bei der Umrechnungen der Urinwerte für ZEN und seine Metabolite in Aufnahmemengen (Exposition) muss allerdings die Datenbasis zur Kinetik im Menschen sowie zu renalen Ausscheidungsraten verbessert werden [42, 45].

Am häufigsten werden zur Expositionsschätzung die in bestimmten Produktgruppen gemessenen Gehalte der Kontaminanten mit Daten zum Verzehr dieser Produkte in der Bevölkerung kombiniert. Ein frühes gutes Beispiel dafür ist die oben im speziellen Abschnitt zu Ochratoxin A genannte bundesweite Studie zur Belastung der Verbraucher. Weitere Erhebungen finden sich in ausführlichen Reports der EFSA und/oder dem JECFA zu bestimmten Mykotoxinen (Referenzen im Text). Ausgehend von den Analysebefunden für verschiedene Produktgruppen werden neben der mittleren Toxinaufnahme auch Bereiche für Niedrig- und Vielverzehrer solcher Lebensmittel berechnet. Die Expositionsschätzungen für verschiedene Gruppen in der Bevölkerung (auch Kinder und Kleinkinder) lassen sich dann vergleichen mit den für das jeweilige Mykotoxin abgeleiteten tolerablen Aufnahmemengen (TDI- oder PMTDI-Werte). Ferner lässt sich der Beitrag einzelner (besonders wichtiger) Produktgruppen zur Gesamtaufnahme abschätzen.

Wichtig sind möglichst repräsentative Daten zum Auftreten des betrachteten Mykotoxins in den analysierten Nahrungsmitteln und empfindliche Nachweismethoden sowie geeignete Auswertungen für linkszensierte Daten, bei denen die genauen Werte, die kleiner sind als eine bestimmte Schwelle, unbekannt sind. Auch die Probenahme selbst ist nicht trivial, denn gerade bei den von Lagerpilzen¹⁰ produzierten Mykotoxinen ist von einer heterogenen Verteilung dieser Kontaminanten im Substrat auszugehen. Es bleiben somit Unsicherheiten bezüglich der Expositionsschätzung, wenn relevante Quellen einer Mykotoxinaufnahme noch nicht bekannt sind, wie z. B. im Fall von Citrinin (s. oben), in dem Humanbiomonitoring-Befunde eine häufige Exposition in Deutschland und anderswo belegen [21, 22], die Daten zum Vorkommen in Lebensmitteln aber noch sehr begrenzt sind [18].

Eine weitere Unsicherheit ergibt sich aus dem Vorliegen sogenannter „modifizierter“ Mykotoxine: In Getreide sind dies u. a. glykosylierte Derivate von Deoxynivalenol (DON-3-Glc) oder von Zearalenon (ZEN-14-Glc) sowie matrixgebundene oder nach Prozessierung chemisch modifizierte Fumonisine. In Routineanalysen pflanzlicher Lebensmittel werden sie oft nicht mit erfasst, können aber im Organismus die toxische Ausgangsverbindung freisetzen und so zur internen Exposition beitragen [47]. Beispiele für im Säugerorganismus gebildete modifizierte Mykotoxine sind der Aflatoxin-B₁-Metabolit in Milch (AFM₁) sowie Phase-I- und Phase-II-Metabolite von Zearalenon also Glucuronide von ZEN, α‑ZEL und β‑ZEL, die nach Hydrolyse biologisch ähnlich aktiv sind wie die Muttersubstanz (s. oben).

Eine Total-Diet-Studie (TDS) ermittelt den durchschnittlichen Gehalt chemischer Substanzen wie Kontaminanten in verzehrfertigen Lebensmitteln und verringert so viele Unsicherheiten im Bereich der Expositionsschätzung. Mehr zur ersten deutschen Studie dieser Art, der sog. BfR-MEAL-Studie, die auch ein Modul Mykotoxine beinhaltet, beschreibt ein Artikel in diesem Heft. Für TDS in Frankreich und den Niederlanden, in denen viele Mykotoxine analysiert wurden, liegen inzwischen Ergebnisse vor. In der einen Studie fanden sich nur für Trichothecene (DON sowie T‑2 und HT-2) Expositionen oberhalb der TDI-Werte, und zwar bei einem geringen Anteil der Erwachsenen, aber einem höheren Anteil der Kinder [48]. Die zweite Studie fand für „upper-bound“-Schätzungen zur Exposition Überschreitungen der tolerablen Aufnahme für Ochratoxin A in der Altersgruppe 7–69 Jahre, für die Summe T‑2 und HT-2 bei Kindern (2–6 Jahre) sowie für Alternariol und AME in beiden Gruppen [49]. Während für Aflatoxin B₁ der „margin of exposure“ (s. unten, Abschn. „Risikocharakterisierung“) zu gering war, ergaben sich bei einer Reihe weiterer analysierter Mykotoxine keine Anhaltspunkte zur Besorgnis. Solche Daten liefern wichtige Informationen zur Hintergrundbelastung der Bevölkerung und in Verbindung mit Lebensmittelanalysen auch Hinweise, wo noch mehr Kontrollen zu Mykotoxinkontaminanten angezeigt sind.

Humanbiomonitoring-Methoden zur Messung von Kontaminanten und ihren Metaboliten in Körperflüssigkeiten sind ein wertvolles Instrument zur Ermittlung interner Belastungen, die aus allen externen Expositionen resultieren (siehe Beitrag über Biomarker in diesem Heft). Ihr Einsatz in der Mykotoxinforschung für unterschiedliche Fragestellungen kann nur kursorisch dargestellt werden. Vorab ein Hinweis: Als im strikten Sinn „validierte“ Expositionsbiomarker (biomarkers of exposure) gelten solche Analyte, für die eine gute Korrelation zwischen den in biologischen Proben (Blut, Muttermilch, Urin) gemessenen Konzentrationen und verzehrten Mykotoxinmengen gezeigt worden ist, wie für Aflatoxine, Fumonisine, Deoxynivalenol und Ochratoxin A [50, 51]. Doch in vielen Publikationen und nachfolgend wird „Biomarker“ im weiteren Sinn auch auf Analyte angewendet, für die das noch darzustellen ist, die aber bereits wichtige Einblicke in Häufigkeit und Muster der Mykotoxinexposition in verschiedenen Populationen liefern.

Übersichtsartikel beschreiben detailliert die Entwicklung und den Einsatz von biomarkerbasierten Analysen für unterschiedliche Fragestellungen: Die ersten Studien in Afrika und in Asien nutzten spezifische Biomarker in Blut oder Urin und wiesen so klare Zusammenhänge zwischen der Höhe einer Aflatoxinexposition und dem Risiko für Leberkrebs nach [10]. Später wurde so auch untersucht, welche Einflüsse Aflatoxine auf das Wachstum bei Kindern und auf das Immunsystem haben, sowie die Wirksamkeit von Interventionsstrategien zur Expositionsminderung in diesen Ländern [12]. Auch der Einsatz von Biomarkern für Fumonisine in epidemiologischen Studien ist weiter entwickelt worden: Zum einen vor dem Hintergrund tierexperimenteller Befunde zu adversen Wirkungen (s. oben, Abschn. „Gefährdungspotenzial“), zum anderen aufgrund von vermuteten Assoziationen zwischen Wachstumsminderung oder vermehrtem Auftreten von Neuralrohrdefekten bei Kindern in Regionen mit hohem Verzehr wahrscheinlich kontaminierter Maisprodukte [27, 50]. Diese Zusammenhänge gilt es noch näher zu untersuchen, ebenso wie eine mögliche Rolle von Ko-Kontaminanten. Für Ochratoxin A und Deoxynivalenol liegen keine belastbaren epidemiologischen Daten vor, die eine Rolle in der Ätiologie von Erkrankungen stützen [30, 32, 50]. Dennoch sind biomarkerbasierte Analysen zur Exposition angezeigt, gerade in Kleinkindern, die aufgrund höherer Nahrungsaufnahme mehr Kontaminanten pro kg Körpergewicht aufnehmen als Erwachsene und wegen der auf anderem Weg für diese Mykotoxine geschätzten Expositionen auch oberhalb der TDI-Werte (s. oben [48, 49]).

Biomarker werden vor allem in Urin analysiert, da die Probenahme nichtinvasiv ist. In Feldstudien werden überwiegend Spot-Urine gewonnen, selten 24-h-Sammelurine, deren Gehalte eine noch bessere Schätzung der individuellen Exposition erlauben, weil Schwankungen in der Biomarkerausscheidung über den Tag dann nicht mehr ins Gewicht fallen. Eine Messung im Blut (Serum oder Plasma) spiegelt am besten die innere Exposition; doch die Blutentnahme aus der Vene erfordert den Einsatz medizinisch geschulter Personen und trifft bei Probanden eher auf Skepsis. Daher ist die Entwicklung neuer sensitiver Methoden zur Biomarkernessung in geringen Blutmengen – mit einem kleinen Stich in die Fingerbeere gewonnenen – („dried blood spots“) ein vielversprechender Ansatz. Biomarkeranalysen in Milchproben können zum einen Aufschluss über die Exposition stillender Mütter geben, wenn ein Teil des aufgenommenen Mykotoxins aus deren Blut in die Milch übertritt. Zum anderen sind die Befunde für die Exposition der Säuglinge bedeutsam [52]. Gut untersucht in diesem Kontext sind bisher nur Aflatoxine (AFM₁) und Ochratoxin A (OTA). Übersichten für verschiedene Kontinente und Länder zeigen erhebliche Unterschiede in den Gehalten der Muttermilchproben [42, 52]: Analysen in Europa und Südamerika zeigen keine oder nur geringe Kontaminationen mit AFM₁ und OTAm, Analysen in verschiedenen afrikanischen und arabischen Ländern dagegen teilweise sehr hohe Konzentrationen, die Anlass zur Besorgnis geben. Im Biomonitoring beobachtete geografische Unterschiede spiegeln u. a. eine sehr stark nach Regionen variierende Prävalenz von Mykotoxinen in der Nahrung stillender Frauen und eine mangelnde Kontrolle dieser Kontaminanten gerade in Entwicklungsländern wider¹¹.

Die Kontamination von Lebensmitteln kann erheblich variieren, u. a. weil Befall mit toxinbildenden Schimmelpilzen (im Feld oder bei ungünstigen Lagerbedingungen) bekanntlich starke regionale und saisonale Unterschiede zeigt [4, 5]. Für Entwicklungsländer gibt es zwar einige Daten zum Auftreten verschiedener Mykotoxine in Lebens- und Futtermitteln (z. B. [3]), aber keine reguläre Überwachung dieser Kontaminanten. Wenn sich daher auf dem üblichen Weg (s. oben) die Exposition der Bevölkerung nicht oder nur unzureichend schätzen lässt, bieten Biomarkeranalysen einen alternativen Zugang mit der Möglichkeit, zwischen geringen und maßgeblichen Belastungen zu differenzieren [22, 40, 53].

Biomarkerbefunde integrieren die orale Aufnahme aus allen Lebensmitteln (fest und flüssig) aber auch eine mögliche Exposition über Inhalation und dermalen Kontakt [51]. Inwieweit es an Arbeitsplätzen und in Innenräumen durch mykotoxinhaltige Materialien wie Stäube zu inhalativen Belastungen kommt, lässt sich z. B. über Vergleiche mit Kohorten ohne derartige Expositionen untersuchen. Außer den primär in Lebensmitteln auftretenden Mykotoxinen sind dabei auch andere von Interesse, z. B. Toxine aus Stachybotrys chartarum und Aspergillus fumigatus (Tab. 2 in [42]). Um deren mögliche Bedeutung bei unklaren gesundheitlichen Beschwerden abzuklären, wären geeignete Biomarker hilfreich.