Metabolismus und Abbaukinetik ausgewählter Tierarzneimittel in Gülle

Ziel

Das von sieben chemischen und biologischen Arbeitsgruppen im Verbund der DFG Forschergruppe "Tierarzneimittel in Böden: Grundlagenforschung für Risikoanalysen" durchgeführte Projekt beschäftigt sich mit dem Verbleib und den ökotoxikologischen Effekten von ausgewählten Tierarzneimitteln in der Umwelt. In den verschiedenen Arbeitsgruppen der Forschergruppe werden der Metabolismus, Bindungsmechanismen, Alterung, Effekte auf die Mikrobiologie des Bodens und antimikrobielle Genresistenzen untersucht. Ziel des Projektes ist, ein Modell zur Risikobewertung zum Eintrag von Tierantibiotika in die Umwelt zu erhalten. Der größte Anteil der Tierausscheidungen gelangt als Gülle auf Böden. Auf diesem Weg gelangen metabolisierte und nicht metabolisierte Medikamente in flüssigen und festen Ausscheidungsprodukten in Böden und Grundwasser.
Am INFU werden im Rahmen dieses Projektes Untersuchungen zum Verbleib und Metabolismus des gängigen Antibiotikums Sulfadiazin nach Verabreichung des ¹⁴C-markierten Medikaments an Schweine durchgeführt.

Vorgehensweise

In Zusammenarbeit mit der Bayer Cropscience AG wurde radioaktiv markiertes Sulfadiazin (SDZ) im Institut für Metabolismusforschung in Monheim an Schweine innerhalb von 4 Tagen verabreicht. Die über einen Zeitraum von 10 Tagen täglich gesammelten Gülleproben wurden am INFU analysiert.
Es wird die Ausscheidungsrate von Sulfadiazin und seiner Metabolite über die ¹⁴C-Detektion bestimmt in Kombination mit der hochselektiven und empfindlichen LC-MS/MS-Methode. Die Spurenbestimmung des Wirkstoffs und seiner Metabolite ist aufgrund der kompletten Matrix eine hohe Herausforderung für den analytischen Chemiker. Die Matrixprobleme konnten mittels eines verbesserten clean-ups (2-stufige Festphasen-Extraktion), Spiking mit ¹³C-markiertem internem Standard und optimierten LC-MS Bedingungen gelöst werden (Abb. 8).

Selected reaction monitoring (SRM) Chromatogramme von Sulfadiazin, dem internen Standard und zweier Hauptmetabolite in Gülle

Parallel dazu wurden die gleichen Experimente mit nicht markiertem SDZ durchgeführt, um Gülle für Freilandversuche zu erhalten.

Ergebnisse

Die Hauptmetabolite Acetyl-Sulfadiazin (AC-SDZ) und 4-Hydroxy-Sulfadiazin (4-OH-SDZ) sowie zwei bisher unbekannte Metabolite wurden in kleiner Konzentration identifiziert. Bei Letzteren handelt es sich um Formyl-Sulfadiazin (FOR-SDZ) und Acetyl-4-Hydroxy-Sulfadiazin (Ac-4-OH-SDZ) (Abb. 9).

Metabolismus von Sulfadiazin nach Applikation des ^^14^^C-markierten Wirkstoffes an Schweine

Die Ausscheidungsraten für Sulfadiazin und seiner Metabolite sind in Abb. 10 dargestellt.

Ausscheidungskinetik von ^^14^^C-Sulfadiazin und Hauptmetaboliten

Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass es notwendig ist, den Verbleib der Metabolite des verabreichten Arzneimittels zu berücksichtigen. Nur noch 44% des Medikaments wird in unveränderter Form vom Tier wieder ausgeschieden.
Der Einfluss von Veterinärmitteln in Gülle, die auf den Boden gelangt, wird daher in Studien, die nur die Ausgangsverbindungen berücksichtigen, unterschätzt.

Im September des Jahres 2005 wurde in diesem Zusammenhang dotierte Schweinegülle auf ein Versuchsfeld des INFU ausgebracht. Es zeigte sich, dass Wirkstoff und Metabolite im Boden sehr schnell adsorbiert oder abgebaut werden. Um die ablaufenden Mechanismen im Boden zu verstehen, werden weitere Experimente durchgeführt.

Förderung

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen einer Forschergruppe (FOR 566).

Ansprechpartner

Dr. rer. nat. Marc Lamshöft
M.Lamshoeft@infu.uni-dortmund.de
Fon: (0231) 755-2155

Dr. rer. nat. Sebastian Zühlke
S.Zuehlke@infu.uni-dortmund.de
Fon: (0231) 755-4088

Veröffentlichungen

1. Förster, M.; Laabs, V.; Lamshöft, M.; Groeneweg, J,; Zühlke, S. Spiteller, M.; Krauss, M.; Kaupenjohann,M.; Amelung, W. (2009):
   "Sequestration of manure-applied sulfadiazine residues in soils" Environ. Sci. Technol., 43 (6), 1824-1830.

2. Förster, M., Laabs, V., Lamshöft, M., Pütz, T., Amelung, W. (2008):
   "Analysis of aged sulfadiazine residues in soils using microwave extraction and liquid chromatography tandem mass spectrometry" Anal Bioanal Chem, 391, 1029-1038.

3. Sukul, P.; Lamshöft, M.; Zühlke,S.; Spiteller, M. (2008):
   "Photolysis of 14C-sulfadiazine in water and manure" Chemosphere, 71, 717-725.

4. Sukul, P.; Lamshöft, M.; Zühlke,S.; Spiteller, M. (2008):
   "Sorption and desorption of sulfadiazine in soil and soil-manure systems" Chemosphere, 73 (8), 1344-1350.

5. Lamshöft, M.; Sukul, P.; Zühlke, S.; Spiteller, M. (2007):
   "Metabolism of 14C--labelled and non labelled Sulfadiazine after administration to pigs" Analytical and Bioanalytical Chemistry, 388, 1733-1745.