Toxicological evaluation of azole fungicides in agriculture and food chemistry

Azole sind wichtige Chemikalien, die als Fungizide in der Landwirtschaft und der Medizin eingesetzt werden. Auch als Zytostatika in der Humanmedizin finden sie Anwendung. Die fungizide Wirkung beruht auf der Hemmung der Lanosterol-14α-Demethylase (CYP51), die die Demethylierung von Lanosterol zum „Follicular Fluid Meiosis Activating Steroid (FF-MAS)“ katalysiert. Für Pilze ist das später resultierende Ergosterol ein essentieller Bestandteil der Zellmembran. Exponierten Pilzen fehlt Ergosterol was zu einem Zusammenbruch der Zellmembran führt. Säugetiere können Cholesterol, das spätere Produkt der Lanosterol-14α-Demethylierung, das zur Synthese von z.B. Gallensäuren und Sexualhormonen nötig ist, mit der Nahrung aufnehmen. FF-MAS und das resultierende T-MAS (Testis Meiosis Activating Steroids), die direkten Produkte der CYP51 katalysierten Reaktion, wirken als Meiose-aktivierende Steroide auf Ovarien und Hoden und werden nicht mit der Nahrung aufgenommen. Eine Hemmung der CYP51 Aktivität könnte das endokrine System beeinflussen und wird daher als unerwünschte Nebenwirkung der Azole betrachtet. Aromatase (CYP19) katalysiert die Demethylierung von Testosteron zu Östradiol und wird durch Azole gehemmt. Die Verringerung der Östrogenspiegel durch CYP19-Inhibition ist das Wirkprinzip der als Zytostatika genutzten Azole, bei den Fungiziden wird es als unerwünschte Nebenwirkung angesehen. Ein ideales Azol sollte Pilz-CYP51 stark inhibieren, aber sowohl humanes CYP19 wie auch humanes CYP51 sollten durch ein solches Azol nicht inhibiert werden. Ein ideales Azol-Zytostatikum sollte eine starke inhibitorische Potenz gegenüber humanem CYP19 aufweisen, hingegen sollten humanes und Pilz-CYP51 nicht inhibiert werden. Ziel dieser Arbeit war es nun festzustellen: sind Fungizide und Antimykotika starke Inhibitoren von Pilz-CYP51? Zeigen Fungizide und Antimykotika keine Aktivität gegenüber humanem CYP19 und humanem CYP51? Sind Zytostatika starke Inhibitoren von humanem CYP19? Zeigen Zytostatika keine Aktivität gegenüber humanem CYP51 und Pilz-CYP51? Die inhibitorische Potenz von 22 Azolen, aus den drei Anwendungsgebieten, wurden an vier Systemen getestet: i) an humanem CYP19 und einem fluoreszierenden Pseudosubstrat, ii) an CYP19 und Testosteron als Substrat, iii) an humanem CYP51 und iv) Candida albicans CYP51 und Lanosterol als Substrat. Die Produktbildung wurde mittels Hochdruckflüssigkeitschromatographie gekoppelter Tandem-Massenspektrometrie nach Photosprayionisation gemessen. Das humane CYP51 wurde von „BD Gentest Cooperation“ zur Verfügung gestellt. Ein katalytisch aktiver Enzymkomplex bestehend aus der Lanosterol-14α-Demethylase von Candida albicans und der Oxidoreduktase von Candida tropicalis, wurde im Baculovirussystem exprimiert. Ein Vergleich der inhibitorischen Wirkstärke der Substanzen auf menschliches CYP19 und CYP51 und Pilz-CYP51 zeigt, dass einige Azole das erwünschte Bild zeigen. Dazu gehören die beiden Zytostatika Fadrozol und Letrozol, sowie Fluconazol und Itraconazol, zwei Antimykotika aus der Humanmedizin, und einige Fungizide z.B. Cyproconazol und Hexaconazol. Ein unerwünschtes Bild zeigen z.B. Prochloraz, Bifonazol, Ketoconazol und Miconazol. Sieben Azole weisen ein gemischtes Bild an inhibitorischen Wirkstärken auf. Um einen modellartigen Eindruck der Rückstände von Azolen in Lebensmitteln zu erhalten, wurde eine auf LC-ESI-MS/MS basierende Rückstandsanalytik für Azole im Wein entwickelt. Alle gefunden Rückstände lagen unterhalb der behördlich festgelegten Rückstandshöchstmengen. Um die inhibitorische Wirkung der Azole auf die verschiedenen Enzymsysteme in einem größeren Zusammenhang zu bringen, wurden die IC50 Werte mit Expositionsdaten von Bauern, maximalen Plasmaspiegeln in Patienten nach der Einnahme von Antimykotika und mit Expositionsgrenzwerten für die Langzeitaufnahme von Pflanzenschutzmittelrückständen („Acceptable Daily Intake Levels“, ADI) verglichen. Basierend auf den dargestellten Ergebnissen können folgende Schlussfolgerungen gezogen werden. Das Risiko für landwirtschaftliche Arbeiter durch Exposition gegenüber Azolfungiziden kann im Bezug auf menschliches CYP19 und CYP51 als vernachlässigbar eingestuft werden, wenn die entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden. Im medizinischen Bereich muss grundsätzlich der Einsatz von Bifonazol, Miconazol und Ketoconazol mit Blick auf die hohe inhibitorische Potenz gegenüber menschlichem CYP19 und 51 kritisch betrachtet werden. Unter der Annahme, dass die ADI Werte eingehalten werden, stellen Rückstände auf Lebensmitteln in Bezug auf die genannten Enzymsysteme keine Bedrohung für den Verbraucher da. Die Inhibition von CYP19 muss als Störung des Hormonsystems angesehen werden. Die Bedeutung von FF-MAS und T-MAS im endokrinen System muss noch abschließend geklärt werden und damit auch die Frage, wie viel Bedeutung der Inhibition von menschlichem CYP51 beigemessen werden muss.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Universität Würzburg

Year

2006

Author dc:creator

• Trösken, Eva-Regina

Contributors dc:contributor

• Lutz, Werner

• CYP19
• CYP51
• Azole
• Toxikologie
• Azoles
• Toxicology

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