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„Miese Muscheln? - Neue Verfahren zur Analytik mariner Biotoxine“Arbeitsgruppe des Autors

Stefan Effkemann

Marine Biotoxine

Marine Biotoxine sind verantwortlich für eine Reihe von Erkrankungen, die im Zusammenhang mit dem Verzehr von Muscheln und Fischen stehen. Weltweit werden jährlich ungefähr 60.000 Vergiftungen dieser Art gemeldet. In circa 1.000 Fällen sterben sogar Menschen.
Die Toxine werden meist von Algen aus der Gruppe der Dinoflagellaten gebildet. Unter günstigen Bedingungen können sich diese explosionsartig vermehren und zu regelrechten Algenblüten führen. Miesmuscheln (Mytilus edulis) filtrieren bis zu drei Liter Meereswasser pro Stunde. Die gebildeten Toxine reichern sich bei diesem Prozess in der Muschel an und können nach dem Verzehr durch den Menschen zu unterschiedlichen Vergiftungen führen. Diarrhetic Shellfish Poisoning, kurz DSP, ist der am häufigsten beobachtete Vergiftungstyp. Charakteristische Symptome sind Durchfall, Erbrechen und Krämpfe. Darüber hinaus sind einige Toxine aus dieser Gruppe als Tumorpromotor bekannt. Aus diesem Grund sind präventive Untersuchungen auf eine mögliche Anwesenheit dieser Substanzen in den Muscheln unerlässlich.

Abbildung 1: Übersicht über die chemischen Strukturen der DSP-Toxine. (Anklicken zur vergrösserten Ansicht)

Analytik der DSP-Toxine

Aufgrund einer EU-Verordnung aus dem Jahr 2005 können grundsätzlich sowohl biologische als auch chemisch-analytische Methoden für den Nachweis dieser Toxine eingesetzt werden. Ein Beispiel für ein biologisches Nachweissystem ist der sogenannte Mousebioassay, der immer noch in einigen Ländern der Europäischen Union angewandt wird. Bei diesem Test wird Muschelmaterial zunächst mit einem Lösungsmittel extrahiert. Anschließend wird der Extrakt nach Aufreinigung drei Mäusen injiziert. Sterben dabei zwei von drei Mäusen binnen 24 Stunden, so wird die Probe als nicht mehr verkehrsfähig beurteilt.
In den vergangen Jahren wurden aber zahlreiche Fälle dokumentiert, in denen der biologische Test versagte. Aus diesem Grund und aufgrund der gültigen Tierschutzbestimmungen wird in Deutschland auf den Routineeinsatz dieser Methode verzichtet. Stattdessen werden hier nahezu ausschließlich chemisch-analytische Verfahren für den Nachweis dieser Toxine angewandt.
Durch die EU-Entscheidung wurde das innerhalb der DSP-Gruppe zu untersuchende Toxinspektrum stark erweitert. Es umfasst derzeit neben Okadasäure (OA) zusätzlich noch circa 20 weitere Substanzen aus den Untergruppen der Dinophysistoxine (DTX), Yessotoxine (YTX), Pectenotoxine (PTX) und Azaspirosäuren (AZA).
Bei den Toxinen handelt es sich um polycyclische Verbindungen mittlerer Masse von 800 bis 1200 Gramm pro Mol. Um den Europäischen Vorgaben zu entsprechen und gleichzeitig die Anwendung biologischer Verfahren zu vermeiden, wurde ein neues chemisch-analytisches Verfahren entwickelt, das die Flüssigkeitschromatographie (LC) mit der Massenspektrometrie (MS) koppelt (LC-MS/MS-Technik). Das neue Verfahren ermöglicht eine Simultanbestimmung aller in der EU-Verordnung aufgeführten Substanzen. Abhängig von ihrer chemischen Struktur lassen sich einige Toxine nur im positiven oder im negativen Elektrospray-Modus ausreichend gut ionisieren. Um das gesamte Toxinspektrum erfassen zu können, ist daher die Bestimmung in beiden Ionisationsmodi unerlässlich.
Das entwickelte LC-MS/MS-Verfahren erlaubt es, Muschelproben auf eine mögliche Anwesenheit dieser Toxine zu untersuchen. Bei Verfügbarkeit der entsprechenden Standardsubstanzen ist darüber hinaus auch die quantitative Bestimmung der Toxingehalte möglich. Die Nachweisgrenze für jedes dieser Toxine liegt bei circa zehn Mikrogramm pro Kilogramm. Bedingt durch die hohe Sensitivität dieses Verfahrens kann im Gegensatz zum Mousebioassay ein bevorstehendes DSP-Problem schon frühzeitig erkannt werden, und es können gegebenenfalls geeignete Vorsichtsmaßnahmen eingeleitet werden.
In kontaminierten Realproben treten die Toxine oft nicht allein, sondern meist in Kombination auf. Im Gegensatz zu den Alternativmethoden eignet sich das LC-MS/MS-Verfahren dazu, vollständige Toxinprofile für kontaminierte Muschelproben zu erstellen.

Abbildung 2: Bestimmung von DSP-Toxinen in Realproben.


Kontakt:
  • Stefan Effkemann
    Niedersächsisches Landesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit
    LAVES-IfF Cuxhaven
    Fachbereich Biotoxin- und Arzneimittelrückstandsanalytik
    Schleusenstr. 1
    27472 Cuxhaven
    E-Mail: stefan.effkemann@laves.niedersachsen.de