Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Investigations on the toxicokinetics, bioavailability and Sa/So ratio as a biomarker of Fumonisin B1 (FB1) after iv and po exposure in pigs and the impact of a feed additive with fumonisin esterase activity

Schertz, Hanna

Das Mykotoxin fumonisin B1 (FB1) gilt als einer der wichtigsten Kontaminanten von Mais-basierten Fütterungsformen und verursacht durch Infektionen und plötzliche Todesfälle große ökonomische Verluste in der Schweinehaltung. Deshalb war das Ziel dieser Arbeit, mit einem geeigneten Indikator die Wirksamkeit einer enzymatischen Detoxifizierungsmethode nach einer akuten oralen Aufnahme von FB1 bei Schweinen zu untersuchen sowie die Mechanismen der Absorption, der Verteilung und des Metabolismus von FB1 bei Schweinen aufzuklären. Der zugrunde liegende Versuch wurde mit 31 Börgen der Deutsche Landrasse durchgeführt. Diese wurden mit Verweilkathetern versehen und in eine der fünf Versuchsgruppen eingeteilt, in welchen sie eine der folgenden Einmaldosen erhielten: 1) Kontrollfutter und 0.9 % NaCl iv, 2) 139 nmol FB1 oder 3) 139 HFB1/kg Körpergewicht iv, 4) 3425 nmol FB1/kg Körpergewicht po oder 5) 3321 nmol FB1/kg Körpergewicht und 240 U FumD/kg Futter po. Blut, Urin und Kotproben wurden regelmäßig erfasst und nach einer Sammelperiode von 120 h wurden die Tiere getötet. In diesem Versuch haben wir die Bioverfügbarkeit des Fumonisins von 3.1 % nach einer einmaligen Applikation von FB1 bestätigt. Das Ergänzen eines Futtermittelzusatzstoffes mit Fumonisinesterase Aktivität verminderte diese um 90 %. Nach oraler Aufnahme wurden Fumonisine vornehmlich fäkal ausgeschieden und das Enzym verminderte die Ausscheidung von FB1, FB2 und FB3 über Kot und Urin um 90 %. Aufgrund der Hemmung der de novo Ceramid-Synthese durch FB1 wird das Sa/So Verhältnis gemeinhin als Biomarker in Flüssigkeiten und Geweben nach Fumonisin Exposition verwendet. In dieser Studie war das Sa/So Verhältnis sowohl nach iv als auch nach po Gabe von FB1 nach 24 h im Serum signifikant erhöht und flachte selbst nach 120 h nicht ab. Die orale Verabreichung der Fumonisinesterase FumD allerdings verhinderte diese Veränderungen im Sphingolipid Metabolismus und ist daher als Detoxifizierungsmethode bestätigt.

The mycotoxin fumonisin B1 (FB1) is a major contaminant of maize-based diets leading to economic losses by infection and dead of pigs as the most sensitive species. Thus, the aim of the present thesis was to investigate suitable indicators evaluating the efficacy of an enzymatic detoxification method after acute oral single dose application of FB1 in pigs. Moreover, we wanted to elucidate absorption, distribution and metabolism of FB1 in pigs, also monitoring clinical specifications after acute iv and po intoxication whereby blood, urine and feces data were analyzed and interpreted. The experiment of the present thesis was conducted with 31 German Landrace barrows which were equipped with jugular indwelling catheters and allocated to one of five treatment groups receiving single doses of: 1) control feed and 0.9% NaCl iv, 2) 139 nmol FB1 /kg BW or 3) HFB1/kg BW iv, 4) 3425 nmol FB1/kg BW po or 5) 3321 nmol FB1/kg BW and 240 U FumD/kg feed po. Blood, urine and feces samples were taken periodically and after a sampling period of 120 h, animals were sacrificed. In this trial, we confirmed the bioavailability of FB1 at 3.1% after single dose treatment. Application of a feed additive with fumonisin esterase activity decreased this by 90%. Following oral application, fumonisins were mainly excreted via feces. Fumonisin esterase reduced FB1, FB2 and FB3 excretion via urine and feces by 90%. Due to the inhibition of de novo ceramide synthesis by FB1, the Sa/So ratio is commonly used as a biomarker in fluid and tissues after FB1 exposure. In this experiment, after iv and po administration of FB1, Sa/So ratio was significantly elevated in serum after 24 h and remained unabated after 120 h. Oral administration of fumonisin esterase FumD prevented those changes in sphingolipid metabolism verifying the detoxification method using a feed additive with fumonisin esterase activity after single-dose fumonisin administration in pigs.

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Schertz, Hanna: Investigations on the toxicokinetics, bioavailability and Sa/So ratio as a biomarker of Fumonisin B1 (FB1) after iv and po exposure in pigs and the impact of a feed additive with fumonisin esterase activity. Hannover 2019. Tierärztliche Hochschule Hannover.

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