Jährlich erkranken in Deutschland etwa 395 000 Menschen an Krebs, davon versterben 210 000 Patienten an den Folgen ihrer Krebserkrankung (BERTZ et al. 2004). Maligne Neubildungen stellen dabei sowohl für Männer als auch Frauen nach Herz-Kreislauf-Erkrankungen die zweithäufigste Todesursache dar (DIFE 1999). Neben genetischen Determinanten spielen exogene Faktoren, darunter vor allem Ernährungsfaktoren, eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung einer Krebserkrankung. Nach derzeitigen Schätzungen gehen Mediziner davon aus, dass etwa 30-35% aller Krebserkrankungen in der westlichen Welt durch Ernährungsfaktoren verursacht werden (KROKE und BOEING 2000). Es wird geschätzt, dass die Zahl der Krebsfälle mittels einer Ernährungsumstellung hin zu einer gesunden Ernährung, verbunden mit körperlicher Bewegung und dem Vermeiden von Übergewicht, um 30 bis 40 % vermindert werden könnte (WCRF 1997). Dies würde für Deutschland jährlich 120 000 bis 158 000 Krebsfälle weniger bedeuten.
Nach heutigem Kenntnisstand scheint ein hoher Verzehr von Obst und Gemüse eine protektive Rolle in der Ätiologie verschiedener Krebserkrankungen zu spielen (STEINMETZ und POTTER 1996, BLOCK et al. 1992, KOLONEL et al. 2000). Spezielle bioaktive Substanzen, wie sekundäre Pflanzenstoffe und Ballaststoffe, scheinen der Grund für die chemoprotektiven Effekte zu sein (STEINMETZ und POTTER 1996). Zu den wichtigsten sekundären Pflanzenstoffen gehören die Glucosinolate. Diese sind vorwiegend in Pflanzen der FamilieBrassicaceae(syn.Cruciferae,dt. Kreuzblütler) zu finden (VERKERK et al. 1998). Dazu gehören Raps, Senf, Kresse, einzelne Rübenarten sowie Kohlgemüse(Brassica oleracea).Glucosinolate werden beim Kauen und Zerschneiden des Gemüses durch eine pflanzen-spezifische Myrosinase zu Isothiocyanaten (ITCs) metabolisiert. Auch ein intestinaler Abbau von Glucosinolaten zu Isothiocyanaten ist möglich (FAHEY 2001). Epidemiologische und experimentelle Daten liefern Hinweise, dassBrassicaceaeund Isothiocyanate für eine Inhibition der Kanzerogenese verantwortlich gemacht werden können (VERHOEVEN et al. 1996; 1997, VAN POPPEL et al. 1999). Dabei scheinen die chemoprotektiven Effekte hauptsächlich auf einer Modulation fremdstoff-metabolisierender Enzyme zu beruhen (VERHOEVEN et al. 1997, CONAWAY et al. 2002, ZHANG 2004).
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Material und Methoden
2.1 Materialien
2.1.1 Chemikalien und Reagenzien
2.1.2 Lösungen
2.1.3 Verbrauchsmaterialien und Geräte
2.1.4 Benzo[a]pyren: Mutagen und Referenzkontrolle
2.1.5 Charakteristische Merkmale der HepG2-Zelllinie
2.2 Methoden
2.2.1 Probenvorbereitung des Pflanzenmaterials
2.2.2 Kultivierung und Behandlungsmethoden der Zellkulturen
2.2.3 Alkalische Einzelzellgelelektrophorese (Cometassay)
2.2.4 Gaschromatographie und Massenspektrometrie
3 Ergebnisse
3.1 Gentoxische Effekte von Brassica
3.2 Antigentoxische Effekte von Brassica
3.3 Gen- und antigentoxische Effekte: Zusammenfassende Betrachtung
3.4 Qualitative und quantitative Analyse von Isothiocyanaten
3.4.1 Anteil der Trockensubstanz
3.4.2 ITC-Konzentrationen in der Trockensubstanz
3.4.3 ITC-Konzentrationen im Pflanzensaft
4 Diskussion
4.1 Isothiocyanate in Brassicaceae
4.2 Gentoxizität von Brassicaceae und Inhaltsstoffen
4.2.1 Gentoxische Effekte von Isothiocyanaten
4.2.2 Gentoxische Wirkmechanismen von Isothiocyanaten
4.2.3 Gentoxizität von Brassicaceae
4.2.4 Untersuchungsergebnisse zur Gentoxizität von Brassicaceae versus bisherige Studienergebnisse
4.3 Antigentoxizität von Brassicaceae und Inhaltsstoffen
4.3.1 Chemoprotektive Wirkmechanismen von Isothiocyanaten
4.3.2 Antigentoxizität von Brassicaceae
4.3.3 Bisherige Untersuchungen zur Antigentoxizität von Brassicaceae-Pflanzensäften
4.3.4 Nachweis der krebs-präventiven Aktivität von Brassicaceae und Isothiocyanaten im Tierversuch und in epidemiologischen Studien
4.3.5 Pflanzensaft-Aufnahme des Menschen
Ausblick
5 Zusammenfassung
6 Literatur
7 Anhang
Originaldaten des experimentellen Teils
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht das genotoxische und chemopräventive Potenzial von Pflanzensäften der Brassica oleracea-Arten Blumenkohl, Kohlrabi, Rot- und Weißkohl in humanen HepG2-Leberzellen mittels des Comet-Assays, um ein besseres Verständnis für das Nutzen-Risiko-Verhältnis dieser Inhaltsstoffe zu gewinnen.
- Gentoxizität von Brassica-Säften in HepG2-Zellen.
- Chemopräventive Effekte gegen Benzo[a]pyren-induzierte DNA-Schäden.
- Qualitative und quantitative Analyse von Isothiocyanaten mittels GC-MS/MS.
- Untersuchung der Aufnahme und Verteilung von Pflanzensaftbestandteilen im menschlichen Organismus.
- Vergleich experimenteller Ergebnisse mit epidemiologischen Daten.
Auszug aus dem Buch
2.2.3 Alkalische Einzelzellgelelektrophorese (Cometassay)
Gentoxische Substanzen können an zellulärer DNA verschiedene Läsionen verursachen: Einzel-/Doppelstrangbrüche, DNA-DNA- bzw. DNA-Protein-Quervernetzungen (engl. crosslinks) und Schäden an Purin- und Pyrimidinbasen. Die Einzelzellgelelektrophorese (engl.: single cell gel electrophoresis (SCGE)), auch Cometassay genannt, ist ein Testsystem mit dem DNA-Schäden auf Zellebene als DNA-Migration detektiert werden können (TICE und STRAUSS 1995).
Die Methodik des Testsystems beruht darauf, Zellen, die zuvor einer gentoxischen Substanz ausgesetzt wurden, in Agarose zu suspendieren und auf Objektträger aufzubringen. Bei der alkalischen Lyse werden die Zellen anschließend in einer Salz- und Detergentienlösung (pH = 10-12) lysiert. Vor der Elektrophorese werden die Objektträger in alkalischer Elektrophoreselösung (pH > 13) gelagert. Das stark alkalische Milieu bewirkt ein Entwinden der DNA aufgrund der Auflösung von Wasserstoffbrückenbindungen. Anschließend werden die Zellen einer Elektrophorese unterzogen, wobei geschädigte DNA aus dem Zellkern hinaus in Richtung Anode durch das Gel wandert. Hochmolekulare ungeschädigte DNA kann den Zellkern nicht verlassen. Danach werden die Objektträger gewaschen und die DNA kann mit einem fluoreszierenden Farbstoff (z.B. Ethidiumbromid) angefärbt werden. Zellen mit geschädigter DNA weisen, unter einem Fluoreszenzmikroskop betrachtet, eine Migration der DNA auf, die in ihrer Form einem Kometen ähnelt - der Zellkern stellt den Kopf dieses Kometen dar (vgl. Abb. 3). Der Anteil von DNA in dem Kometenschweif und die Schweiflänge sind ein Maß für die DNA-Schädigung durch eine gentoxische Substanz. Zellen mit ungeschädigter DNA weisen keine Kometen auf (HARTMANN et al. 2003, TICE et al. 2000, FAIRBAIRN et al. 1995, OLIVE et al. 1990).
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung beleuchtet die Rolle von Ernährungsfaktoren bei der Krebsentstehung und führt in die Bedeutung von sekundären Pflanzenstoffen wie Glucosinolaten aus Brassicaceae ein.
2 Material und Methoden: Dieses Kapitel beschreibt die verwendeten Chemikalien, Zelllinien (HepG2), die Probenvorbereitung sowie die technischen Details zum Comet-Assay und der gaschromatographischen Analyse der Inhaltsstoffe.
3 Ergebnisse: Die Ergebnisse präsentieren die Balkendiagramme und tabellarischen Daten zur gentoxischen und antigentoxischen Wirkung der verschiedenen Kohlarten, basierend auf Parametern wie dem Olive Tail Moment (OTM) und der Schweiflänge (TL).
4 Diskussion: Im Diskussionsteil werden die Ergebnisse interpretiert, Mechanismen der Gentoxizität und Chemoprävention (Enzymmodulation, oxidativer Stress) diskutiert und mit bisherigen Studien verglichen.
Schlüsselwörter
Brassicaceae, HepG2, Comet-Assay, Isothiocyanate, Benzo[a]pyren, Gentoxizität, Antigentoxizität, Chemoprävention, DNA-Migration, Glucosinolate, GC-MS/MS, Oxidativer Stress, Apoptose, Zellvitalität
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Es geht um die Untersuchung von genotoxischen und chemopräventiven Effekten verschiedener Kohlsäfte (Brassica oleracea) in menschlichen Leberzellen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Felder sind die Bewertung des DNA-schädigenden Potenzials, die antikarzinogene Schutzwirkung gegen externe Mutagene sowie die chemische Analyse der enthaltenen Inhaltsstoffe.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das Ziel ist es, das Risikoprofil von Brassica-Säften zu bewerten, da diese sowohl schützende als auch bei hohen Konzentrationen potenziell genotoxische Eigenschaften aufweisen könnten.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird hauptsächlich die alkalische Einzelzellgelelektrophorese (Comet-Assay) zur Detektion von DNA-Schäden sowie die Gaschromatographie mit Massenspektrometrie (GC-MS/MS) zur Stoffidentifizierung genutzt.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil werden die experimentellen Ergebnisse der verschiedenen Kohlarten (Blumenkohl, Kohlrabi, Rot- und Weißkohl) dargestellt und die zugrunde liegenden biochemischen Wirkmechanismen diskutiert.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Schlüsselbegriffe sind Brassicaceae, Comet-Assay, HepG2-Zellen, Isothiocyanate und Chemoprävention.
Warum wurde Benzo[a]pyren in den Experimenten verwendet?
Benzo[a]pyren diente als bekanntes Mutagen, um die schützende (antigentoxische) Wirkung der Pflanzensäfte gegen einen gezielten DNA-Schaden zu testen.
Zeigten alle untersuchten Kohlsäfte die gleiche Wirkung?
Nein, die Ergebnisse zeigten unterschiedliche Abstufungen in der Gen- und Antigentoxizität, wobei beispielsweise Rotkohlsaft eine besonders starke antigentoxische Wirksamkeit aufwies.
Sind die Ergebnisse direkt auf den Menschen übertragbar?
Die Studie bietet wichtige Hinweise, weist aber darauf hin, dass In-vitro-Ergebnisse den menschlichen Stoffwechsel nur teilweise simulieren und Faktoren wie Bioverfügbarkeit und individuelle Enzymaktivität beachtet werden müssen.
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- Nicola Höfer (Author), 2005, Untersuchungen zur genetischen Toxizität und Chemoprävention von Brassica-Pflanzensäften in humanen Hepatomzellen (Hep G2), Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/66820
