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Institut für Sicherheit und Qualität bei Obst und Gemüse

Metabolismus

Das übergeordnete Thema des Bereiches Metabolismus ist der Stoffwechsel von Pflanze und Mensch und dessen Veränderung durch intrinsische und extrinsische Faktoren. Beim Menschen erstrecken sich die Untersuchungen auf den Primärstoffwechsel und den Fremdstoffmetabolismus von Lebensmittelinhaltsstoffen durch endogene Enzymsysteme wie auch durch die humane Darmmikrobiota. Bei der Pflanze steht der Primär- wie Sekundärmetabolismus von Früchten und Fruchtgemüsen im Vordergrund.

Unser wichtigstes Werkzeug zur Erfassung und Beschreibung des aktuellen Stoffwechselzustandes eines Organismus, sei es nun beim Menschen oder der Pflanze, ist die Technologie Metabolomics. Der Vorteil dieses Messverfahrens ist, mit wenigen Analysen eine möglichst große Anzahl (in der Regel 200 bis 400) Metaboliten in einem Probensatz quantitativ oder semiquantitativ vergleichend zu erfassen. Die Fülle der erhaltenen Rohdaten macht eine bioinformatische Datenverarbeitung notwendig, um die Ergebnisse mit biostatistischen Verfahren auswerten und interpretieren zu können. Ziele unserer Forschungsarbeiten im Bereich der pflanzlichen Lebensmittel sind zum einen eine umfassende Charakterisierung von Sortenunterschieden und zum anderen die Erfassung des Einflusses von Anbau- und besonders Lagerbedingungen auf die Qualität mit dem Ziel einer Optimierung. Ein institutsübergreifender Schwerpunkt der zusammen mit dem Institut für Biochemie und Physiologie der Ernährung und dem Institut für Ernährungsverhalten des MRI am Standort Karlsruhe bearbeitet wird, ist die Charakterisierung des menschlichen Metaboloms und die Frage, wie dieses durch Alter, Ernährung und Bewegung beeinflusst wird (Forschungsprojekt KarMeN). Ein konkretes Ziel ist, in den Körperflüssigkeiten wie Urin und Plasma valide Biomarker für den Verzehr von bestimmten Lebensmitteln zu identifizieren.

Die Arbeiten zum Fremdstoffmetabolismus konzentrieren sich auf biologisch aktive sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe. Dabei wird der Phase-I- und Phase-II-Metabolismus, die Bioverfügbarkeit und die Gewebeverteilung dieser Verbindungen speziesübergreifend erforscht. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen als Grundlage für eine Bewertung der biologischen Wirkung dieser Substanzen im Menschen. Aktuelle Projekte befassen sich mit Soja-Isoflavonen (DFG-Projekt IsoCross), polymethoxylierten Flavonoiden sowie Stilbenen wie Resveratrol und seinen Oligomeren. Die humane Darmmikrobiota spielt bei der Metabolisierung von Lebensmittelinhaltsstoffen eine wichtige Rolle und kann somit einen großen Einfluss auf deren biologische Wirkung haben. Die Untersuchung der Transformation ausgewählter Inhaltsstoffe und die Identifizierung der gebildeten Metaboliten ist daher ein weiterer Schwerpunkt unserer Forschung, welcher gemeinsam mit dem Arbeitsbereich Darmökologie bearbeitet wird.

Zur Untersuchung der oben genannten Fragestellungen werden chromatographische Systeme mit leistungsfähigen Detektoren eingesetzt. Im Labor LC (liquid chromatography) kommen flüssigchromatographische Analysemethoden zum Teil gekoppelt mit hochselektiven Massenspektrometern (QTrap und QTof) zum Einsatz. Das Labor GC (gas chromatography) führt Analysen unter Anwendung ein- und zweidimensionaler gaschromatographischer Messverfahren (GC-MS, GCxGC-MS, GC-FID) durch.

Im zellbiologischen Bereich werden in vitro-Testsysteme zur Bewertung der biologischen Aktivität von Lebensmittelinhaltsstoffen, die im Rahmen der Arbeiten zum Fremdstoffmetabolismus charakterisiert werden, eingesetzt.

Die zellbiologischen Untersuchungsverfahren umfassen dabei den Vorwärtsmutationstest (HGPRT-Test) in CHO-K1-BH4-Zellen, den MTT (bzw. Sulphorhodamin)-Test zur  in vitro-Zytotoxizitätsbestimmung sowie den in vitro-Mikronukleus-Test auf Basis der Cytochalasin B-blocked Methode.

Projekte
  • Isocross (DFG)
  • KarMeN (BMELV/MRI)
  • ORFFI (bis 2012, BMBF)
  • HORTLINEA (BMBF)