Arsen und Fischprodukte

Spitzenhäubchen trägt sie nicht, aber von Arsen versteht sie eine ganze Menge, denn die Lebensmittelchemikerin Prof. Dr. Tanja Schwerdtle untersucht unterschiedliche Arsen-Verbindungen, um deren Giftigkeit für den Menschen festzustellen. Seit diesem Wintersemester lehrt und forscht die 33-Jährige am Institut Lebensmittelchemie der WWU Münster. Zuvor war sie Wissenschaftliche Assistentin am Institut für Lebensmitteltechnologie und Lebensmittelchemie der Technischen Universität Berlin.

Arsen hat zahlreiche interessante Eigenschaften. So tritt das Gift in vielen verschiedenen Formen, sowohl organisch als auch anorganisch auf. Obwohl gesichert ist, dass Arsen für den Menschen krebserregend ist, ist vollkommen unklar, warum. „Nach oraler Aufnahme über das Trinkwasser oder die Nahrung wirkt Arsen im Tierversuch nicht krebserregend“, erklärt Schwerdtle. Umso dringlicher ist es, die Wirkungsweisen der Arsenverbindungen zu erforschen, denn weltweit sind rund 200 Millionen Menschen arsenverseuchtem Wasser ausgesetzt. Haut- und Lungenkrebs können die Folge einer erhöhten Arsenaufnahme sein.

Arsen ist ein überwiegend aus natürlichen Quellen verbreiteter Bestandteil unserer Umwelt, der einem immerwährenden biogeochemischen Kreislauf unterliegt. So befindet sich das größte Arsenvorkommen der Erde in sulfidischer Form gebunden in der Erdkruste. Früher wurde Arsen allerdings auch zum Düngen verwendet, so dass viele Böden noch immer kontaminiert sind. Besonders in asiatischen Ländern ist Arsen ein Problem. „Zu den Hauptnahrungsmitteln dort gehört Reis, der in Wasser wächst. Wenn dieses stark arsenhaltig ist, reichert die Pflanze den Giftstoff an“, erläutert Schwerdtle die Mechanismen. Außerdem werde der Reis auch noch in Wasser zubereitet, was den Arsengehalt zusätzlich erhöht. Während in Europa, wo der Arsengehalt im Trinkwasser auf zehn Mikrogramm pro Liter beschränkt ist, im Schnitt nur 25 Gramm Reis pro Trag gegessen werden, sind es in Asien 300 Gramm. Hier sind schon Konzentrationen von 800 Mikrogramm Arsen pro Kilo im Reis gefunden worden.

Das anorganische Arsen, das als besonders gesundheitsgefährdend gilt, stellt in Deutschland also nicht unbedingt eine Gefahr dar. Doch vor rund zehn Jahren wurde ein Glaubenssatz der Lebensmittelchemie erschüttert: Auch organisches Arsen kann eine toxische Wirkung haben. „Bislang nahm man an, anorganisches Arsen werde in organisches verstoffwechselt und damit ungefährlich. Doch man hat organische Arsenstoffwechselverbindungen gefunden, die gefährlicher sind als anorganische“, warnt die 33-Jährige. Dabei muss jede Produktklasse für sich untersucht werden. In Algen beispielsweise reichert sich das Arsen um den Faktor 100000 im Vergleich zum Meerwasser an. So wurden schon 180 Milligramm organisches Arsen pro Kilogramm Algen (Trockengewicht) gefunden. Die als gesundheitliche Wundermittel aus dem Meer gepriesenen Pflanzen können außerdem bis zu 40 Milligramm anorganisches Arsen pro Kilo Algentrockengewicht enthalten. Für Lebensmittel gilt in Deutschland anders als für Trinkwasser kein Grenzwert, so dass diese Algen frei verkauft werden dürfen. „Wir finden immer neue Produktklassen, bei denen Arsen ein Problem sein könnte“, sagt Schwerdtle besorgt. „Wir müssen heraus finden, welche Verbindungen vorkommen, wie gefährlich sie sind und ob ein Grenzwert gesetzt werden sollte.“

Als Beispiel nennt sie die beliebten Fischölkapseln, die mit ihrem hohen Anteil an Omega-3-Fettsäuren besonders gut für den Cholesterinwert sein sollen. „In Österreich hat man in diesen Kapseln bis zu zehn Milligramm organisches Arsen pro Kilo gefunden. Ob diese fettlöslichen Arsenverbindungen ein gesundheitliches Risiko darstellen, weiß man nicht. Alarmierend ist jedoch, dass aus diesen Verbindungen Stoffwechselprodukte entstehen können, die auch beim anorganischen Arsen auftreten.“ Aber wird die asiatische Küche mit besonders vielen Meeresprodukten nicht als besonders gesund gepriesen? „Es kann sein, dass das vorliegende organische Arsen tatsächlich gesundheitsschädlich ist, dass aber die Asiaten eine Art genetischen Schutz, zum Beispiel im Rahmen eines veränderten Stoffwechsels, davor entwickelt haben, der uns Europäern fehlt“, warnt Schwerdtle.

Ihre Arbeitsgruppe versucht herauszufinden, worauf die kanzerogene Wirkung von Arsen basiert. Das ist deswegen besonders schwierig, weil Nager, die häufig zur Untersuchung der krebserregenden Wirkung von Toxinen eingesetzt werden, das Arsen nicht genauso wie Menschen verstoffwechseln. Zudem zeigt Arsen seine krebserzeugende Wirkung vor allem nach jahrelanger chronischer Aufnahme geringer Mengen, ein Szenario, das bei Nagern aufgrund ihrer kurzen Lebenszeit schwer nachzustellen ist.

Schwerdtle sucht daher auch nach geeigneten Biomarkern, welche die erforschten Wirkmechanismen der Arsenverbindungen an Modellorganismen im Labor, in Zellmaterial von arsenexponierten Menschen bestätigen können. Die Identifizierung eines geeigneten Biomarkers für eine Belastung mit einem Schadstoff kann eine wichtige Aussagefähigkeit über eine spätere Krebserkrankung sein. Dies kann maßgeblich zur Abschätzung von Gefährdungspotenzialen und zur Festlegung gesundheitsbasierender Grenzwerte beitragen.

„Wir untersuchen unter anderen die DNA-Schäden in den weißen Blutzellen, die durch den so genannten oxidativen Stress entstehen. Besonders wichtig ist es uns hierbei herauszufinden, ob diese Schäden aus einer gestörten DNA-Reparatur resultieren. Denn die verschiedenen DNA-Reparaturmechanismen tragen in unserem Körper maßgeblich zum Erhalt der Stabilität unseres Erbgutes bei und vermindern somit das Risiko einer Krebsentstehung“, so Schwerdtle. Münster sei für diese spannende Aufgabe genau der richtige Ort, da im Fachbereich Chemie und Pharmazie die analytischen und toxikologischen Forschungskompetenzen vereint werden könnten, um im Endziel eine Gefährdungsabschätzung für Arsen in Lebensmitteln treffen zu können.