Deutsch

„Untersuchungen zur Aufnahme und zum Transport antibiotisch wirksamer Stoffe in Getreide- und Gemüsepflanzen“ In Deutschland fallen jährlich ca. 30 Mio. Tonnen Gülle aus der landwirtschaftlichen Schweine- und Geflügelhaltung an, die als Wirtschaftsdünger zum Getreide- und Gemüseanbau eingesetzt werden. Dadurch gelangen verordnungsstarke Veterinärpharmaka wie z.B. Tetracycline, Sulfonamide, Fluorchinolone und auch Kokzidiostatika, auf ackerbaulich genutzte Flächen. Frühere Feldversuche zeigen, dass im Oberboden angereicherte Tetracycline, über die Wurzel von Nutzpflanzen während der Wachstumsperiode aufgenommen und in der Pflanze transportiert werden - beim Weizen bis ins Korn. Vor dem Hintergrund der zunehmenden Resistenzproblematik in der Human- und Tiermedizin ist dieser Umstand sehr kritisch zu bewerten, da eine ständige Aufnahme von antibiotisch wirksamen Pharmakarückständen aus belasteten Nutzpflanzen möglich ist. Unklar ist jedoch, ob ein derartiger Transfer Boden-Pflanze in der konventionellen Landwirtschaft von Bedeutung ist, woraus ein Eintrag von Veterinärantibiotika in die Nahrungs- und Futtermittelkette resultieren würde. In der vorliegenden Arbeit wurde daher in einem Screening überprüft, ob Antibiotikarückstände auch in Getreide nachweisbar sind, das in einer Region mit intensiver Schweinehaltung auf langjährig mit Gülle gedüngten Böden angebaut worden ist. Des Weiteren wurden handelsübliche Weizenproben aus Niedersachsen untersucht, um sowohl in Getreide als auch Getreidemahlerzeugnissen die Rückstandssituation von Antibiotika zu überprüfen. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden Aufnahmeexperimente durchgeführt, um das Aufnahmepotential von Gemüse (Weißkohl und Porree) für verordnungsstarke Wirkstoffe aus der Nutztierhaltung über Dotierungsexperimente in Hydrokultur zu erkennen. Anschließend wurden Feldpflanzen, welche aus der landwirtschaftlichen Praxis stammten, beprobt und analysiert, um rückstandsanalytische Daten über die reale Belastungssituation von Gemüse zu gewinnen. Zur Analyse von Arzneistoffrückständen in Getreide- und Gemüseproben wurden LC-MS-Methoden entwickelt und angewendet. Positive Befunde mit niedrigauflösender LC-MS/MS wurden mit hochauflösender Massenspektrometrie (FTICR-MS) verifiziert. Die Vorgehensweise zur Entwicklung der Probenvorbereitung konzentrierte sich auf die Extraktion gemahlener Kornproben sowie homogenisierter Gemüseproben mit Citratpuffer und die nachfolgende Festphasenextraktion (SPE, Solid Phase Extraction). Im Rahmen der Screening-Studie wurden in der Ernte 2005 in Weizen aus Nordrhein-Westfalen Tetracycline und ihre Umwandlungsprodukte bzw. Metaboliten im Bereich von ~30-95 μg/kg Frischgewicht (FG) nachgewiesen. Die Analyse von Getreideproben der Ernte 2006 ergab nur in Niedersachsen singuläre Belastungen mit Doxycyclin (30 μg/kg FG). Analysen der handelsüblichen Weizenproben ergaben nur vereinzelte Befunde an Enrofloxacin (max. 32,7 μg/kg FG) und Oxytetracyclin (unterhalb der Bestimmungsgrenze). Experimente in Hydrokultur belegen ein enormes Aufnahmepotential von Weißkohl und Porree für Tetracycline und Enrofloxacin. Stichproben aus landwirtschaftlicher Praxis ergaben Verdachtsbefunde auf Tetracyclin und Ciprofloxacin, die aber aufgrund eines geringen Stichprobenumfangs keine zuverlässige Aussage über die Belastungssituation zulassen. Die Ergebnisse der o.g. Studien zeigen, dass neben Lebensmitteln tierischen Ursprungs, ein weiterer Eintragspfad für Antibiotika in die Lebensmittelkette über Nutzpflanzen möglich ist, da Antibiotika aus Gülle-beaufschlagten Böden von Nutzpflanzen (Getreide, Gemüse) aufgenommen werden. Daraus resultierende mögliche Verbraucherrisiken sind aber noch nicht abschätzbar, da die Anzahl systematischer Untersuchungen gering und die Datenbasis zu schmal ist.

English

„Investigation on the uptake und transport of antibiotic active substances into cereal and vegetables” In Germany, approximately 30 million tons of liquid manure are used as farm fertiliser for the cultivation of grain and vegetables. The broad spectrum of veterinary antibiotics such as tetracyclines, sulfonamides, fluoroquinolones and coccidiostats originating from veterinary application are discharged with liquid manure onto agricultural fields. In a former study transfer of antibiotics from slurry fertilised soil into the grain of winter wheat was discovered. It cannot be excluded to date that the observed antibiotic concentrations in the wheat, although low in grains, can contribute to the risk of developing bacterial antibiotic resistance. Unclear remained, however, whether such a transfer also occurs in commercial agriculture as antibiotic concentrations are usually lower in those slurries than in the one used in the study mentioned above. In the first part of the work here, through a screening study cereal was sampled in areas with high livestock concentration in Northrhine Westphalia and Lower Saxony and analysed. In the second part the potential of leek and cabbage for uptake of highly prescribed veterinary antibiotics was tested in hydroponically grown plants. A further aim was to gain data on the situation of vegetables grown in agricultural practise with regard to antibiotic residues. For the analysis of grain and vegetable LC-MS methods were developed, validated and applied. The sample preparation of these methods, include the solid/liquid extraction of the ground corn as well as homogenized vegetable with citrate buffer, followed by clean-up and preconcentration with solid phase extraction (SPE). Identification of antibiotics findings with low resolution mass spectrometry (ESI-ion trap detector) have been confirmed by high resolution FTICR-MS. Analyses of grain from Northrhine Westphalia harvested 2005 led to verified positive findings of tetracyclines and their metabolites in the range of ~30-95 μg/kg fresh weight (FW). In grain sampled 2006 in Lower Saxony doxycycline was detected (30 μg/kg FW). Commercial grain samples contained traces of enrofloxacin (max. 32.7 μg/kg FW) and oxytetracycline (below the limit of determination). The results of experiments in hydroponic cultures, using defined concentrations of antibiotics in the nutrient solution, evidently demonstrate that cabbage and leek have a very high potential for uptake of a number of veterinary antibiotics, especially for tetracyclines and enrofloxacin. Some vegetable samples from agricultural practice resulted positive findings of tetracycline and ciprofloxacin. The results of this work and the studies mentioned above revealed a novel way of human exposure to veterinary antibiotics by plant derived food. A risk assessment for consumers is not yet possible, because the number of systematic investigations is too low and the data base too small. As a consequence, further investigations are urgent.