Forschung

Die Immunglobulin E (IgE)-assoziierte Allergie ist nach wie vor die am weitesten verbreitete immunologisch vermittelte Krankheit, von der weltweit fast 30 % der Bevölkerung betroffen sind. Dementsprechend ist sie eine der wichtigsten nicht übertragbaren Krankheiten, von denen die Menschheit betroffen ist. Allergische und chronische Atemwegserkrankungen stellen derzeit ein großes Problem für die öffentliche Gesundheit dar und verursachen hohe Morbidität, Kosten und Sterblichkeit. Allergische Patienten leiden nicht nur an relativ milden Erscheinungsformen wie allergischer Rhinitis und Konjunktivitis, sondern auch andere Organe wie Lunge, Haut und Magen-Darm-Trakt können stark betroffen sein. Die schwerste Form der Allergie, der anaphylaktische Schock, der durch Nahrungsmittelallergene und Giftallergene verursacht wird, kann auch bei sehr jungen Menschen zu lebensbedrohlichen Zuständen und zum Tod führen. Auch Asthma ist eine schwer beeinträchtigende und lebensbedrohliche Form der Allergie, die von der frühen Kindheit bis ins hohe Alter auftritt. Es stehen verschiedene pharmakologische und biologische Behandlungsmethoden zur Verfügung, aber ihre Wirkung ist bescheiden, hält nur so lange an, wie das Medikament verabreicht wird, und bietet keine nachhaltige Wirkung. Die molekulare Allergiediagnose ermöglicht einen Wandel der Gesundheitsversorgung hin zu den Grundsätzen der "P4-Medizin", d. h. einer prädiktiven, präventiven, personalisierten (Präzisions-) und partizipativen Medizin.

There have been reports of global decline in managed honey bees and wild bees around the world. The rapid dying of honey bee colonies was named “colony collapse disorder” (CCD) and has been linked to different factors. One of the factors are novel insecticides named neonicotinoids. The acute toxity and adverse effects on bees is not only limited to the parent compound, but their (intermediate) metabolites have been shown to be toxic as well. So far, partial metabolic pathways in honey bees were described for only three out of seven neonicotinoids in use. For the remaining four neonicotinoids the metabolism by honey bees is still unclear. The overall objective of this study is to elucidate the metabolism of orally administered neonicotinoids in honey bees. The specific objectives are to determine known and unknown neonicotinoid biotransformation products and their kinetics. The study will be divided into four phases. In phase I, neonicotinoids will be administered at two locations to groups of caged honey bees with a feeding solution containing a mixture of unlabeled and 13C-labeled neonicotinoids with doses up to LD50 and sampling at 8 time points. Next, the targeted compounds will be extracted with organic solvents. For untargeted analysis, an isotope assisted approach will be used with direct analysis of the extracts as to avoid loss of putative biotransformation products (Phase II). Data will be evaluated with the aid of comprehensive databases. Unknown neonicotinoid biotransformation products will be searched for by the “MetExtract II” software tool (phase III). Finally, in a field-experiment, real world honey bee samples will be collected and analyzed for the biotransformation products found in phase III. In our project, isotope-assisted methods will be used the first time to study how honey bees metabolize the seven commercially most frequently used neonicotinoids.

Die Sicherheit unseres Lebensmittelsystems wird durch Zehntausende von Mykotoxinanalysen pro Jahr gewährleistet. Die etablierten Mykotoxinscreeningmethoden erfordern komplexe Probenaufbereitung im Labor und sind zudem auf Verbrauchsmaterialien wie organische Lösungsmittel oder Kunststoffeinwegartikel angewiesen. Die Umweltauswirkungen dieser unvermeidlichen Mykotoxinanalysen müssen unter anderem durch eine Umstellung auf Vor-Ort-Screening reduziert werden. Die Infrarot (IR)-Spektroskopie (IRS) ist aufgrund ihres zerstörungsfreien Charakters von Natur aus umweltfreundlich und daher ideal für schnelles Screening, da weder Verbrauchsmaterialien noch Probenhandhabung erforderlich sind. Zusätzlich werden immer mehr tragbare IR-Spektrometer angeboten, welche eine Analyse vor Ort ermöglichen. Die indirekte Bestimmung des Myktoxingehaltes über pilzbedingte Veränderungen der Probe durch die IRS macht allerdings eine komplexe Kalibration notwendig. Bei der Methodenentwicklung muss deshalb der Mykotoxinwert mit Refernzanalytik wie der Flüssigchromatographie-Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS) ermittelt werden, um ihn anschließend mit den entsprechenden IR-Spektren mittels Chemometrie zu korrelieren. Im Rahmen dieses Projekts wird die Durchführbarkeit der Mykotoxinanalyse in intaktem Getreide unter Einsatz von tragbaren IR-Spektrometern evaluiert und ein tieferes Verständnis der durch Pilze verursachten Probenveränderungen geschaffen. Darüber hinaus soll IRS als schnelle, umweltfreundliche und einfach zu handhabende Alternative zu derzeitigen Screeningmethoden etabliert werden. Schließlich sollen durch die Kombination von IRS und LC-MS/MS, IR-basiertes Multitoxinscreening erforscht werden. Dadurch wird der derzeitige Stand der Technik in der Mykotoxinanalytik in Richtung eines einfachen und schnellen Vor-Ort-Screenings erheblich vorangetrieben.