Vorwort
Diese Open Access Studie erschien am 25. September 2018 in der wissenschaftlichen Publikation Molecules.
Der Identifikator für digitale Objekte (Digital Object Identifier) lautet:
doi:10.3390/molecules23102454
Der Titel übersetzt lautet:
„Messung der Toxizität künstlicher Süßstoffe mit einem biolumineszierenden Bakterienpanel ¹ “
Die folgenden Forscher und Institute beteiligten sich daran:
Dorin Harpaz ¹ ² ³, Loo Pin Yeo ¹, Francesca Cecchini ⁴, Trish H. P. Koon ⁵ ⁶, Ariel Kushmaro ² ⁷ ⁸, Alfred I. Y. Tok ¹ ³, Robert S. Marks ² ⁷ ⁸ and Evgeni Eltzov ⁹
Die Studie ist eine Übersetzung aus dem Englischen von Epiphanius Wenzel w3punkt.de. Die in der Hauptsache technischen Abschnitte habe ich ausgelassen. Sie sind aller Wahrscheinlichkeit nach nur für die entsprechenden Spezialisten von Interesse. In einem zweiten Prozess erfolte das Modifizieren des Textes zur Erleichterung der Rezeption. Die umfangreichen Quellenangaben und Grafiken finden Sie im verlinkten Original.
Zahlreiche Fachbegriffe zeigen einen gepunkteten Unterstrich. Bei Mauszeigerkontakt öffnen sich über ihnen Tooltip-Fenster, die Erklärungen und Zusatzinformationen anbieten. Diese sind vom w3punkt.de generiert und entstammen der Wikipedia.
Diese Studie weckte in mir ein besonderes Interesse. Seit einigen Jahren erwacht die Forschungswelt zu einer neuen Erkenntnis.
Unser gastrointestinales Mikrobiom ist in einer unüberschaubaren Fülle von Aspekten mit unserem Wohl und Wehe verbunden.
Jetzt erst sehen wir, dass künstliche Stoffe wie Zuckerersatz-Präparate, Medikamente und andere Dinge nicht allein auf unseren Körper wirken.
Vorher schon prozessiert unser Darm-Mikrobion diese Stoffe in bislang kaum erforschten Dimensionen.
Zusammenfassung
Künstliche Süßstoffe sind aufgrund ihres fragwürdigen Einflusses auf die Gesundheit der Verbraucher umstrittenen. Sie sind den meisten Lebensmitteln hinzugefügt und viele konsumieren diese Zutat ohne ihr Wissen.
Derzeit gibt es noch keinen Konsens über die gesundheitlichen Folgen der Einnahme künstlicher Süßstoffe. Sie sind noch nicht vollständig untersucht.
Der Verzehr von künstlichen Süßstoffen steht mit unerwünschten Wirkungen in Verbindung: Krebs, Gewichtszunahme, Störungen des Stoffwechsels, Typ-2-Diabetes und Veränderung der Darm–Mikrobiota-Aktivität.
Darüber hinaus sind künstliche Süßstoffe als neue Umweltschadstoffe identifiziert. Sie finden sich in Vorflutern, das heißt in Gewässern der Oberfläche, in Grundwasserleitern und im Trinkwasser.
In dieser Studie testeten wir die relative Toxizität von sechs zugelassenen künstlichen Süßstoffen. Dazu verwendeten wir gentechnisch modifizierte biolumineszierende Bakterien von Escherichia coli.
Geprüft haben wir auch zehn Nahrungsergänzungen für Sportler, die diese künstlichen Süßstoffe enthalten.
Die getesteten Süßstoffe waren:
Aspartam, Sucralose, Saccharin, Neotam, Advantam und Acesulfam-Kalium-k (ace-k).
Die biolumineszierenden Bakterien, die leuchten wenn sie Giftstoffe nachweisen, fungieren als Sensormodell. Sie repräsentieren das komplexe mikrobielle System im Darm.
Wie haben sowohl induzierte Lumineszenzsignale als auch das Bakterienwachstum gemessen.
Hemmung der Lumineszenzsignale durch Sucralose
in E. coli Stämmen/Konzentration:
TV1061 (MLIC = 1 mg/ml)
DPD25 44 (MLIC = 50 mg/ml)
DPD2794 (MLIC = 100 mg/ml)
Hemmung der Lumineszenzsignale durch Neotam
in E. coli Stamm/Konzentration:
DPD2544 (MLIC = 2 mg/ml)
Induktion des Lumineszenzsignals durch Saccharin
in E. coli Stämmen/Konzentration:
TV1061 (MLIndC = 5 mg/ml)
DPD2794 (MLIndC = 5 mg/ml)
Induktion des Lumineszenzsignals durch Aspartam
in E. coli Stamm/Konzentration:
DPD2794 (MLIndC = 4 mg/ml)
Induktion des Lumineszenzsignals durch Ace-k
in E. coli Stamm/Konzentration:
DPD2794 (MLIndC = 10 mg/ml)
Die Ergebnisse dieser Studie helfen, die relative Toxizität von künstlichen Süßstoffen auf E. Coli als Sensormodell für die Darmbakterien zu verstehen.
Darüber hinaus eignet sich das biolumineszierende Bakterienpanel potenziell zum Nachweis künstlicher Süßstoffe in der Umwelt.
Einführung
Künstliche Süßstoffe sind eine wichtige Klasse von Zuckeraustauschstoffen. Sie sind als hochintensive, nicht-nährstoffhaltige, oder als nichtkalorische Süßstoffe bekannt.
Die Food and Drug Authority (FDA) hat die Verwendung von sechs künstlichen Süßstoffen in Lebensmitteln und Getränken zugelassen.
Diese sind: Aspartam, Sucralose, Saccharin, Advantam, Neotam und Acesulfam.
Auch die jüngsten EU-Rechtsvorschriften haben diese Süßstoffe genehmigt.
Künstliche Süßstoffe sind süßer als Zucker und verbessern den Geschmack von Lebensmitteln. Sie tragen sehr wenig zur Energieaufnahme bei.
Süßstoffe sind die häufigsten Zusatzstoffe in Lebensmitteln. Viele verschiedene Bevölkerungsgruppen konsumieren sie wissentlich oder ohne ihr Wissen.
Besonders bei Sportlern, die sich vollzeitlich ihrer Ernährung widmen, gehören Sportpräparate dazu. Sie dienen ihnen zur Verbesserung ihrer körperlichen Leistungsfähigkeit in Training und Wettkampf.
In mehreren Patenten für registrierte Produkte wird klargestellt, dass künstliche Süßstoffe eine Zutat für Elektrolytgetränke und Nahrungsergänzungsmittel sind.
Auch Whey/Molkeneiweiss-Konzentrate sind ohne sie kaum zu genießen. Infolgedessen ist der durchschnittliche Verzehr von künstlichen Süßstoffen bei Sportlern höher und alle potenziellen Gesundheitsrisiken ebenfalls.
Die gesundheitlichen Risiken des Konsums künstlicher Süßstoffe sind nach wie vor ein umstrittenes Thema. Künstliche Süßstoffe zeigten sich vorgeblich mit den folgenden unerwünschten Wirkungen verbunden:
Krebs, Gewichtszunahme, Störungen des Stoffwechsels, Migräne, Typ-2-Diabetes, Krankheiten der Gefäße, Frühgeburt, gestörte Nierenfunktion, gestörtes Leber-Antioxidans-System, Hepatotoxizität, Störungen des Immunsystems und Veränderung der Darm-Mikrobiota-Aktivität.
Diese Störungen sind seit langem untersucht. Jedoch haben fehlende oder inkonsistente Beweise noch keine gesicherten Schlüsse erlaubt.
Spätere Humanstudien zeigten keinen direkten Zusammenhang mit dem Krebsrisiko. Andere Studien haben einen Zusammenhang mit dem Rückgang der Nierenfunktion und vaskulären Risikofaktoren gezeigt.
Der Einsatz von künstlichen Süßstoffen gilt als eine Präventionsstrategie gegen Fettleibigkeit und zur Gewichtsabnahme.
Studien verglichen eine Ernährung mit und ohne künstlicher Süße. Und sie verglichen eine Ernährung mit Süßstoffen mit der mit herkömmlichem Zucker. Die Ergebnisse zeigten eine größere Gewichtsabnahme und eine bessere Gewichtskontrolle bei einer künstlichen Süßstoffdiät.
Auch das Gegenteil hat sich bestätigt, dass der Verzehr von Diätsoda zu einer höheren Gewichtszunahme führt, als natürlich gesüßtes Soda.
In einer anderen Studie zeigten Ratten, die künstliche Süßstoffe erhielten, eine stetig steigende Kalorienzufuhr, ein erhöhtes Körpergewicht und eine erhöhte Fettleibigkeit.
Seit den 1980er Jahren gibt es Studien, die künstliche Süßstoffen mit Veränderungen in der Komposition der Bakterien zeigen.
Weitere Studien, die die möglichen Auswirkungen künstlicher Süßstoffe auf das System der Darm-Mikrobionten untersuchten, zeigten kontroverse Ergebnisse.
Eine aktuelle Studie hat erbrachte, dass die Einnahme von künstlichen Süßstoffen wie Lactitol oder Maltitol das Vorkommen einiger nützlicher Bakterien wie Lactobacillus im Darmsystem erhöhte.
Eine zweite Studie kam zu dem Schluss, dass künstliche Süßstoffe eine Glukoseintoleranz auslösen.
Mäuse bekamen künstliche Süßstoffe im Trinkwasser und zeigten Veränderungen der Darm-Mikrobiota.
Eine weitere verwandte Studie fütterte Schweinen künstliche Süßstoffe. Hier lautete der Schluss, dass es eine selektive Wirkung auf die Darm-Mikrobiota gibt.
Darüber hinaus wurden künstliche Süßstoffe als neu entstehende Umweltschadstoffe identifiziert. Sie sind resistent gegen Behandungsprozesse der Abwässer und gelangen daher kontinuierlich in die Wasserumgebung.
Mehrere Umweltstudien haben die weite Verbreitung von Ass-k, Saccharin und Sucralose im Wasserkreislauf bestätigt.
Konzentrationen von Ace-k und Sucralose bis hin zum Bereich μg L-1 finden sich in Vorflutern, das heißt in Gewässern an der Oberfläche, in Grundwasserleitern und im Trinkwasser.
Solche Konzentrationen gehören zu den höchsten bekannten anthropogenen Spurenschadstoffen.
Typischerweise stammen die toxikologischen Beweise aus Studien an geeigneten Tiermodellen und möglicherweise aus Humanstudien.
Die Verbindungen bewerten einen breiten Bereich von Expositionen, einschließlich der Dauer und deren Persistenz.
Andere damit verbundene Manifestationen der Toxizität beim Menschen können aus den Fallberichten und epidemiologischen Studien nach der Vermarktung des Produkts erwachsen.
Alle diese Ansätze sind zeitaufwändig und teuer. Daher besteht Bedarf an schnellen und einfachen Ansätzen, die eine Bewertung der Toxizität der künstlichen Süßstoffe ermöglichen.
Der Fortschritt in der Gentechnik brachte die „Anpassung“ von Mikroorganismen zur Bestimmung der Identität des Zielanalytikums.
Sowie die Überwachung der biologischen Aktivität dieser Chemikalien durch die Analyse verschiedener Zellreaktionen. Diese können zum Beispiel Genexpression, metabolische Aktivität oder die Lebensfähigkeit sein.
Diese Studie verwendete Bakterien, die nach Exposition gegenüber bestimmten Belastungen Lumineszenz zeigen.
Die lumineszierenden Bakterien, die aufleuchten, wenn sie Giftstoffe nachweisen, fungieren als Sensormodell, das das komplexe mikrobielle System repräsentiert.
Die relative Toxizität der sechs reinen künstlichen Süßstoffe und der 10 Nahrungsergänzungen für Sportler mit künstlichen Süßstoffen testeten wir mit drei verschiedenen E. Coli-Stämmen: (TV1061, DPD2544 und DPD2794)
Die biolumineszierenden Bakterien waren gentechnisch so verändert, dass sie auf verschiedene Belastungen reagieren. Diese sind etwa Zytotoxizität, Verfügbarkeit von Aminosäuren und Genotoxizität.
Ein empfindlicher, nicht von variablen Hintergrundsignalen beeinflusster, Fotodetektor maß die Lumineszenz.
Die in dieser Studie entwickelten Bioreporterbakterien verwendeten Luziferase als Reportergen. Es bietet eine empfindliche und einfache Nachweismethode für die Genexpression und -regulation.
Ein weiterer Vorteil eines bakteriellen, auf Luciferase basierenden Bioassays ist die Fähigkeit, ein ganzes Luciferase-Operon zu exprimieren. Es produziert eine Leuchtzelle ohne Zusätze oder externe Quellen. Das ermöglicht eine Echtzeit-Überwachung der Genexpression.
Das bakterielle Luxsystem, das in verschiedenen Stämmen effektiv exprimiert wird, erfasst eine Vielzahl von Verbindungen. Diese können Schwermetalle, androgenähnlich, aktiver Sauerstoff, endokrin wirkende Chemikalien, Phenole und andere Umweltschadstoffe sein.
Die Einfachheit und biologische Relevanz von bakteriellen Bioreporter-Assays macht sie attraktiv. Sie sind eine schnelle und kostengünstige Überwachungsmethode für das Vorhandensein von Schadstoffen in Wasser, Luft, Boden und Lebensmitteln.
Ergebnisse
Dieser mehr technische Abschnitt wurde von uns in der Übersetzung ausgelassen.
Diskussion
Toxizität und Viabilitätseffekt künstlicher Süßstoffe
Seit Jahrzehnten verwenden die Lebensmittel-, Getränke- und andere Industrien künstliche Süßstoffe als Zuckerersatz für Diabetiker und/oder Adipöse.
Die Industrie hebt die positiven Aspekte künstlicher Süßstoffe hervor. Dazu gehören die Zahngesundheit, erhöhte Lebensqualität für Diabetiker und die Gewichtskontrolle.
Zusätzlich zu den Problemen der Umweltverschmutzung gibt es viele Hinweise auf mögliche negative Auswirkungen von Zuckerersatz auf die menschliche Gesundheit.
Der Gesamtverbrauch an künstlichen Süßstoffen in Lebensmitteln hat bei Menschen jeden Alters zugenommen. 28% der Bevölkerung konsumieren sie.
Für die Sicherheit der Verbraucher ist es notwendig, den Gehalt an Süßstoffen in Lebensmitteln zu kontrollieren. Die nachfolgend aufgeführten Analysemethoden bestimmen Süßstoffe einzeln und in Mischungen.
Hochleistungsflüssigkeitschromatographie,
Ionenchromatographie,
Dünnschichtchromatographie,
Gaschromatographie,
Kapillarelektrophorese,
Fließinjektionsanalyse,
Elektroanalyse und die Spektroskopie
Es bleibt die Herausforderung, stabile, zuverlässige und robuste Methoden zur Analyse von künstlichen Süßstoffen in komplexen Lebensmitteln und deren vermeintlicher toxischer Wirkung zu entwickeln.
Unsere Ernährung hat einen direkten Einfluss auf das körpereigene Mikrobiom. Es spielt eine wichtige physiologische Rolle und kann die Anfälligkeit für viele Erkrankungen reduzieren.
So kann das Mikrobiom als Drehscheibe dienen und die Auswirkungen der eigenen Ernährung auf die Gesundheit und Anfälligkeit für Krankheiten lenken.
Künstliche Süßstoffe, die in Nahrungsergänzungen vorkommen, sind den gleichen Wechselwirkungen mit dem Mikrobiom ausgesetzt und wirken auf den Wirt.
Die bisher verwendeten Methoden um die möglichen Auswirkungen der künstlichen Süßstoffe auf das Mikrobiom zu bestimmen waren
qPCR, Trübung, selektive Kultivierung und die Next-Generation-Sequenzierung (NGS).
Alle diese Technologien sind kompliziert, teuer und zeitaufwändig. Vor diesem Hintergrund ist eine schnelle und einfache Anwendung zur Bewertung und Charakterisierung der Auswirkungen künstlicher Süßstoffe auf die prokaryotischen Zellen erforderlich.
Eine frühere Studie zeigte beispielsweise die Verwendung eines mikrobiellen amperometrischen Sensors für ganze Zellen unter Verwendung von immobilisierten Bacillus subtilis-Zellen für den Nachweis von Aspartam.
In dieser Studie zeigen wir die Verwendung eines Panels von Indikator-Bakterien, das in der Lage ist, Wirkstoffe in subinhibitorischen Konzentrationen nachzuweisen und die Wirkungsweise dieser Chemikalien aus ihren Reaktion in der Biolumineszenz vorherzusagen.
Wir verwenden die Expression des Lux-Gens unter der Kontrolle verschiedener Stress-Promotoren, die für regulatorische Netzwerke in den Indikator-Bakterien verantwortlich sind.
Drei verschiedene Stämme setzten wir den handelsüblichen künstlichen Süßstoffen aus, um ihre mögliche toxische Wirkung zu bestimmen.
Die Hemmwirkung auf das gesamte Bioreporterpanel beobachteten wir erst bei der Exposition gegenüber Sucralose. Frühere Studien haben gezeigt, dass Bakterien Sucralose nicht als Kohlenstoffquelle nutzen und dass die Substitution von Glukose durch Sucralose im Agarmedium zu einer totalen Wachstumshemmung mehrerer Stämme führte.
In dieser Studie induzierte Sucralose das Bakterienwachstum bei der höchsten getesteten Konzentration. Eine mögliche Erklärung ist, dass die einem Medium, das alle für das Zellwachstum notwendigen Nährstoffe enthält, zugesetzt Sucralose, die vorhandenen Kohlenstoffquellen nicht ersetzt hat. Sie war kein limitierender Faktor für die bakteriellen Wachstumsprozesse.
Andererseits unterdrückte Sucralose die Lumineszenz in allen Bioreporterbakterien. Die MLIC-Werte waren nicht nur für jede geprüfte Dehnung unterschiedlich, sondern auch die kinetischen Reaktionen der Dehnungen.
Der getestete Konzentrationsbereich zeigte die höchste Hemmwirkung bei TV1061-Stamm (1 mg/ml), bei DPD2544 (50 mg/ml) und bei DPD2794 (100 mg/ml).
Nur der TV1061-Stamm zeigte eine zunehmende Hemmwirkung bei höheren getesteten Konzentrationen. Ein solches Hemmmuster deutet darauf hin, dass der Sucralose-Wirkungsmodus die Zyto/Genotoxizität oder die Synthesewege der Fettsäuren nicht beeinflusst.
Tatsächlich wurde Sucralose einer vollständigen Reihe von In-vitro- und In-vivo-Mutagenitäts- und Klastogenitätsstudien unterzogen, und kein Beweis deutete darauf hin, dass Sucralose das genotoxische Potenzial hat, genetische Effekte zu induzieren.
Neben Sucralose hemmte Neotam den DPD2544-Stamm. Es ist ein künstlicher Süßstoff mit einer ähnlichen Struktur wie Aspartam, aber mit höherer Süßkraft.
Neotam war schon früher in Dosen toxisch, die höher lagen als die zulässige tägliche Aufnahme. In dieser Studie waren die getesteten Konzentrationen niedriger, aber sie induzierten bei TV1061 und hemmten bei DPD2544 immernoch die Lumineszenzen.
Der mögliche Grund für diese Ergebnisse ist die Fähigkeit der Bioreporterbakterien, dass sie schon subaktive Konzentrationen der Chemikalien beeinflussen.
Offenbar scheinen einige Verbindungen (zum Beispiel Antibiotika) bei Verwendung in subtoxischen Konzentrationen die Gen-Transkription aktivieren oder unterdrücken können, die sich von ihren biologischen Wirkungen unterscheidet.
Ein weiterer möglicher Grund ist, dass die effektive Neotam-Konzentration in dieser Studie noch zweifach höher war als in realen Lebensmittelproben. Andere Tests bewerteten die Toxizität bei solchen Konzentrationen nicht. Die Tatsache, dass Neotam keinen Einfluss auf das Bakterienwachstum hatte, bestärkte diese Ergebnisse.
Acesulfam K ist eines der am häufigsten eingesetzten künstlichen Süßstoffe der Welt. Die Food and Drug Administration der Vereinigten Staaten hält es für „allgemein sicher“ (GRAS).
Allerdings sind die Berichte über die Test zur Genotoxizität von ace-K widersprüchlich. Es wirkt bei Mäusen genotoxisch und klastogen und bei Säugetieren nicht mutagen. Es zeigt sich sowohl in „in vivo“ als auch in „in vitro“ Experimenten nicht zytotoxisch und nicht genotoxisch. In unserer Studie induzierte ace-K Lumineszenz bei genotoxisch empfindlichen Bakterien (DPD2794). Dies deutet auf eine mögliche Genotoxizität hin.
Wie bei ace-K induzierte Aspartam die Lumineszenz beim dem für eine Genotoxizität empfindlichen Stamm. Aspartam ist ein kalorienarmer Stoff, der viele kalorienarme und kalorienreduzierte Lebensmittel und Getränke versüßt. Dies schließt kalorienarme Tischsüßstoffe sowie Gummis, Frühstückszerealien und anderen Trockenprodukte ein.
Die Untersuchungen zu Aspartam umfassten genotoxische Effekte in mikrobiellen, Zellkultur- und Tiermodellen. Diese Studien bewiesen die Induktion von Chromosomenschäden in vitro. Der DPD2794-Stamm zeigte in unserem Fall nicht nur Lumineszenzinduktion, sondern auch eine Dosisabhängigkeit (höhere Konzentrationen von Aspartam führten zu einer stärkeren Zellreaktion). So verstärken diese Ergebnisse die bisherigen Daten über die Genotoxizität von Aspartam gegenüber den E. coli-Stämmen.
Diese Studie beobachtete unter allen getesteten künstlichen Süßstoffen die stärkste Induktionswirkung bei Saccharin. Saccharin ist der älteste chemische Zuckerersatz und der am besten erforschte aller Süßstoffe. Aber es ist immer noch einer der umstrittensten. Viele Studien haben gezeigt, dass Saccharin als schwaches Mutagen wirken kann oder zytotoxische Effekte hervorruft.
Ähnlich wie in diesen Studien zeigten unsere Ergebnisse, dass Saccharin bei zytotoxisch und genotoxisch empfindlichen Bakterien die gleichen Lumineszenzreaktionen auslöste.
TV1061 reagierte nicht nur viel stärker (dreimal mehr) als DPD2794, sondern auch die Wachstumsraten dieses Stammes wurden gehemmt.
Die Ergebnisse deuten auf eine höhere zytotoxische als genotoxische Wirkung von Saccharin auf die Bakterien hin.
Zusammenfassend lassen sich aus diesen Ergebnissen zwei Schlussfolgerungen ziehen. Erstens zeigen verschiedene künstliche Süßstoffe unterschiedliche Typen der Toxizität und erzeugen spezifische Reaktionsmuster.
Die zweite Schlussfolgerung ist, dass die bakteriellen Reaktionen mit den Ergebnissen früherer Studien zur Toxizität korreliert waren und Bakterien als Instrument zur Bewertung der Toxizität verwendbar sind.
Nahrungsergänzungsmittel im Sport, Toxizität und Wirkung auf die Lebensfähigkeit
Ernährung gilt seit jeher als integraler Bestandteil der körperlichen Leistungsfähigkeit im Sport.
Das Verständnis des menschlichen Stoffwechsels und der Sportphysiologie zeigt einen direkten Zusammenhang von sportlichen Erfolgen mit der Manipulation der Nährstoffaufnahme.
So haben sich in den letzten zehn Jahren eine Vielzahl von Nahrungsergänzungen durchgesetzt. Sportler verwenden sie routinemäßig.
Die Nebenwirkungen dieser Sportpräparate sind nicht vollständig geklärt. Es gibt keine zwingenden Vorschriften. Die Konzentrationen, die Terminologie und die Kombinationen dieser Produkte unterscheiden sich.
Dennoch gibt es nach wie vor eine breite Palette von kommerziellen Produkten, die Mehrzahl von ihnen enthalten künstliche Süßstoffe.
Zahlreiche Studien haben die Toxizität künstlicher Süßstoffe in Nahrungsmitteln und ihren Einfluss auf die menschliche Homöostase bewertet. Nur wenige haben ihre Wirken in Sportpräparaten untersucht.
In dieser Studie testeten wir zehn verschiedene handelsübliche Sportpräparate. Die aufgelösten Präparate setzten wir dem Bioreporter-Bakterienpanel zum Beurteilen der Toxizität aus.
Jede Nahrungsergänzung für Sportler enthält eine Vielzahl verschiedener Stoffe. Alle beinhalten den Zusatz eines künstlichen Süßstoffs, entweder Sucralose oder/und Ass-k, um den Geschmack des Produktes zu versüßen.
Ähnlich wie bei der Toxizität der künstlichen Süßstoffe reagierte das Bioreporter-Panel unterschiedlich auf jedes getestete Sportpräparat.
Nur wenn sie SS4, SS8 und SS10 ausgesetzt waren, zeigte das Bioreporter-Panel ein ähnliches Reaktionsmuster.
Die Komplexität der kommerziellen Produkte macht das Bewerten der Reaktionen schwierig. Sie können vom zugesetzten künstlichen Süßstoff herrühren, oder durch eine andere Komponente.
Es ist nach wie vor wichtig, das induzierende oder hemmende Einwirken auf das Bioreporter-Panel zu untersuchen. Alle Supplemente induzierten und hemmten die Biolumineszenz des DPD2544-Stammes. Dabei waren die hemmenden Konzentrationen dreifach höher als die induzierenden.
Sucralose hemmt den DPD2544-Stamm. Das ist der gleiche künstliche Süßstoff, der in den meisten der getesteten Kompositionen zu finden ist.
Das Reaktionsmuster bei dem Mittel SS6 (es enthält keine Sucralose) zeigte keine sichtbaren Einflüsse auf die Wachstumsraten. Dies deutet darauf hin, dass die mögliche Toxizität von einer anderen Komponente herrührt.
Zuvor bestimmte der DPD2544-Stamm als Bioreporter die „allgemeinen Toxizität“ mehrerer Umwelt-Kontaminanten. Seine Induktion zeigte auf Blockaden in den Pfaden der Biosynthese für Fettsäuren hin.
Der dosisabhängige Effekt (Induktion bei niedrigeren Konzentrationen und Hemmung bei höheren Konzentrationen) der Präparate auf den DPD2544-Stamm zeigt auf die gleichen Mechanismen der Zytotoxizität.
Einen solchen Effekt beobachteten wir beim TV1061-Stamm. Es ist ein Bakterium, das auf allgemeine zytotoxische Schäden reagiert. Das der Stamm empfindlich und zuverlässig ist, zeigte sich in vielen verschiedenen Einsätzen in Luft, Boden und Wasser.
TV1061 zeigte den Effekt der Induktion bei den Präparaten SS1, SS5, SS7 und SS10. Das deutet auf den Einsatz der zytotoxischen Reparaturmechanismen in den Zellen. Die Daten liefern Hinweise auf ablaufende Mechanismen der Toxizität.
Die stärkste Reaktion auf das Bakterienpanel zeigte sich beim Produkt SS7. Hier liefen Lichtreaktionen und verringerte Wachstumsraten in allen Stämmen ab.
Das Muster der Biolumineszenz-Induktion zeigte sich bei niedrigeren Konzentrationen als die hemmende Reaktion.
In DPD2544 beziehungsweise TV1061 induzierte SS7 die Biolumineszenz bei dreifachem oder einfachem Unterschreiten der inhibitorischen Konzentrationen.
DPD2544 hat für alle getesteten Präparate ähnliche Reaktionsmuster gezeigt, selbst wenn wir keine Wachstumseffekte beobachteten (SS9).
Dieser Stamm beherbergt die Fusions Lux-Gene mit Operon fabA. Ein Gen, das für die Bildung einer Doppelbindung in Fettsäuren steht. Diese verwendet E. Coli in seiner Membran.
Ein Mangel an Fettsäuren löst die Aktivität dieses Promotors aus. Schäden an der Zellmembran verursachen diesen.
So kann DPD2544 interne zellulärer Mechanismen überwachen. Etwa wenn sie durch den Verzehr von Nahrungsergänzungen unterbrochen werden. Dass die Sportpräparate bakterielle Reaktionen ohne Beeinträchtigung der Zellwachstumsraten auslösten, spricht für einen niedrigen Grad ihren Toxizität.
Im Gegensatz zu DPD2544 zeigte sich Zytotoxizität oder Genotoxizität (dargestellt durch Wachstum und Lichtveränderungen) bei deutlich höheren Konzentrationen für alle getesteten Produkte in anderen Bakterienstämmen.
So induzierten beispielsweise DPD2544-Bakterienzellen, die SS1, SS5 und SS8 prüften, in neunmal niedrigeren Konzentrationen als der TV1061-Stamm.
Interessanterweise induzierten und hemmten die gleichen Stämme gleichzeitig, während die Wachstumsraten aller Zellen in derselben Probe gleich blieben.
Die kinetischen Reaktionen von DPD2794 und TV1061 glichen sich. Sie zeigten das gleiche toxische Muster in beiden Stämmen nur bei der höchsten Konzentration. Jede Nahrungsergänzung beeinflusste die bakteriellen Reaktionsmuster unterschiedlich.
So hemmten und induzierten SS5 und SS7 das Lumineszenzsignal. Dieses Schwanken der Zellreaktionen kann durch die Unterschiede in der Zusammensetzung der Produkte herrühren. Das zeigt, dass beide Stämme empfindlich reagieren.
Andererseits hat DPD2544 in allen getesteten Sportpräparaten das gleiche Muster gezeigt. Induktion bei der niedrigeren Konzentration und Hemmung bei den höheren. Die möglichen Gründe sprechen für das Vorhandensein von spezifisch schädigenden Mitteln in allen Zusammensetzungen.
Materialien und Methoden
Dieser Abschnitt wurde von uns nicht übersetzt.
Schlussfolgerungen
Die Toxizitätswirkung von sechs künstlichen Süßstoffen und zehn Sportpräparaten bewerteten wir mit einem Bioreporter-Panel.
Es bestand aus drei verschiedenen biolumineszierenden Bakterienstämmen (E. coli). Diese reagierten empfindlich auf zytotoxische (TV1061), genotoxische (DP2794) und auf die Zell-Membran schädigende Stoffe (DPD2544).
Die Unterschiede in den Reaktionsmustern der Zellen lieferten Informationen über die mögliche toxische Wirkung dieser Zusatzstoffe. Dies erlaubte die Erstellung eines spezifischen Reaktionsmusters, das in zukünftigen Studien verwendbar ist.
Die Art der Toxizität, die das vorgeschlagene System bestimmte, ähnelte den in der Literatur gefundenen Informationen. Dies spricht für die Effizienz des vorgeschlagenen Systems für eine schnelle und empfindliche Bewertung der Toxizität.
Den künstlichen Süßstoffen ähnlich, reagierte das Bioreporter-Panel mit unterschiedlichen Reaktionsmustern auf die zehn getesteten Sportprodukte.
Die komplizierte Komposition der Sportpräparate schränkte das Verstehen der gewonnenen Informationen über die tatsächliche Rolle der künstlichen Süßstoffzugabe ein.
Die ausgelösten Leuchtstoff- und Wachstumsraten deuten darauf hin, dass alle getesteten Sportpräparate für die Bakterien toxisch sind.
Induktion und Hemmung auf den DPD2544-Stamm indizieren, dass die primäre Wirkung dieser Präparate die Zellmembran schädigt.
E. coli ist ein einheimischer Magen-Darm-Mikroorganismus und dient als Modell für die Darmbakterien.
Das menschliche Kolonmikrobiom ist eine komplexe mikrobielle Gemeinschaft. Sie hat einen signifikanten Einfluss auf die Gesundheit des Menschen. Es ist eine vielfältige Gemeinschaft, die eine hohe Zelldichte erreicht und dominante Phyla einschließlich Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria und Proteobacteria beinhaltet.
Die Mikroflora des Magen-Darm-Traktes hat tiefgreifende Auswirkungen auf die anatomische, physiologische und immunologische Entwicklung des Wirtes.
Mit dieser Studie haben wir die Toxizität auf E. coli in vitro nachgewiesen. Damit spekulieren wir, dass die beobachtete Reaktion für das Darmmikrobiom und die menschliche Gesundheit relevant sein könnte.
Da künstliche Süßstoffe gegen die Behandlungsprozesse der Abwässer resistent sind, wurden sie als neu entstehende Umweltschadstoffe identifiziert.
Mehrere Umweltstudien haben ihre Verteilung im Wasserkreislauf bestätigt. Ace-k- und Sucralose fanden sich im bis zu μg L-1-Bereich.
Finanzierung
Im Rahmen des Campus for Research Excellence and Technological Enterprise (CREATE) unterstützten die National Research Foundation of Singapore und die Singapore-HUJ Alliance for Research and Enterprise (SHARE), sowie die Institute for Sports Research und der Singapore International Graduate Award diese Studie.