Dioxine und dioxinähnliche Substanzen

Mit dem Sammelbegriff „Dioxine“, auch abgekürzt als PCDD/F, werden die zwei Stoffklassen der polychlorierten Dibenzo-p-dioxine (PCDD) und der polychlorierten Dibenzofurane (PCDF) bezeichnet. Beide Stoffklassen bestehen aus insgesamt 210 einzelnen Verbindungen, 75 PCDD und 135 PCDF. Dioxine gehören zu den Stoffen mit sehr hoher Giftigkeit, sie entstehen in erster Linie bei der Verbrennung von organischen Materialien (Holz, Kohle, …) sowie bei verschiedenen technischen Prozessen.  Aufgrund ihrer hohen Stabilität und guten Fettlöslichkeit reichern sich Dioxine in der Nahrungskette, insbesondere in tierischen Fetten, an.

Unter dem Begriff „dioxinähnliche Substanzen“  versteht man insgesamt 12 Verbindungen aus der Stoffklasse der polychlorierten Biphenyle (PCB). Aufgrund ihrer chemischen Struktur weisen diese Substanzen vergleichbare toxikologische Eigenschaften wie Dioxine auf, sie werden daher auch als dioxinähnliche polychlorierte Biphenyle (dl-PCB) bezeichnet. PCB wurden bis in die 1980er Jahre großtechnisch hergestellt, die Gesamtproduktion betrug weltweit mehr als 1 Million Tonnen. Da auch PCB sehr gut fettlöslich sind  und biologisch kaum abgebaut werden können reichern sich diese Substanzen ebenfalls in der Nahrungskette an.

Lebensmittel die mit Dioxinen bzw. dl-PCB belastet sind können ein Gesundheitsrisiko für den Verbraucher darstellen. Es besteht daher ein Minimierungsgebot, d.h. der Eintrag dieser Verbindungen in die Umwelt und damit in die Nahrungskette soll soweit wie möglich verringert werden.  Um das Gesundheitsrisiko für den Verbraucher zu minimieren hat die EU-Kommission zulässige Höchstgehalte für Lebensmittel und Futtermittel festgelegt.  Daneben sind unterhalb der zulässigen Höchstgehalte sogenannte Auslösewerte festgelegt.  Bei Überschreitung eines Höchstgehalts und auch  bei Überschreitung eines Auslösewertes muss eine Ursachenermittlung durchgeführt werden um die Quelle der Belastung zu ermitteln und möglichst zu beseitigen.

Der weitaus größte Teil der vom Menschen aufgenommenen Dioxine und dioxinähnlichen PCB stammt aus tierischen Lebensmitteln. Die Belastung der Tiere ist dabei in erster Linie von der Haltungsform und von den verwendeten Futtermitteln abhängig. Neben den gesetzlichen Regelungen kann auch der Verbraucher selbst durch Reduzierung des Verzehrs tierischer Fette dazu beitragen die Dioxinaufnahme zu senken.

Pflanzliche Lebensmittel sind praktisch nur oberflächlich durch Staub oder anhaftende Erde belastet. Hier kann bereits durch Waschen und Schälen eine deutliche Verringerung des Gehalts an Dioxinen und dl-PCB erzielt werden.

Anwendung des DR-CALUX®-Bioassays für den Nachweis von Dioxinen und dioxinähnlichen Verbindungen

Polychlorierte Dibenzo-p-dioxine (PCDD) und Dibenzofurane (PCDF) sowie dioxinähnliche polychlorierte Biphenyle („Dioxin-like“ PCB, dl-PCB) gehören zu einer Gruppe von persistenten Umweltschadstoffen, welche als Nebenprodukte bei der Synthese chlorierter organischer Verbindungen (z.B. Herbizide, Kunststoffe) oder bei der Verbrennung chlorhaltiger Materialien entstehen. Aufgrund ihrer Lipophilie und ihrer Persistenz akkumulieren PCDD/F und dl-PCB bevorzugt im Fettgewebe von Organismen, welche am Ende von Nahrungsketten stehen und so auch im Menschen. Einige Kongenere dieser Stoffklassen können bereits in geringer Konzentration ein breites Spektrum toxischer Wirkungen entfalten.

Die Bestimmung dieser Substanzen erfolgt bislang über kostenintensive gaschromatographisch-massenspektrometrische (GC-HRMS) Methoden. Die hier für Lebensmittel und Futtermittel vorgestellte wirkungsbezogene Detektion mit einem zellbasierten System (CALUX®-Bioassay) bietet gegenüber der instrumentellen Analytik eine Reihe von Vorteilen. Eingesetzt als Screening-Methode, kann verglichen mit der GC-HRMS eine höhere Anzahl von Proben in kürzerer Zeit untersucht werden. Nur ein kleiner Teil an Positivbefunden muss anschließend mit der aufwändigen GC-HRMS nachuntersucht werden.

Das molekulare Reaktionsprinzip des Assays verläuft über den cytosolischen Arylhydrocarbon-Rezeptor (Ah-Rezeptor), welcher über eine komplexe Signalkette die Expression einer plasmidcodierten Luciferase induziert. Hierbei korreliert die biologische Antwort bzw. die Toxizität einer Verbindung mit der Affinität zum Ah-Rezeptor und der hierdurch induzierten Menge an Luciferase. Die gebildete Luciferase wird anschließend indirekt in einem Luminometer photometrisch bestimmt. Die Quantifizierung erfolgt über bekannte Konzentrationen einer TCDD (2,3,7,8–Tetrachlordibenzo-p-dioxin) Standardreihe.