Bluthochdruck ist ein globales Gesundheitsproblem, das Milliarden von Menschen weltweit betrifft und schwerwiegende physische, finanzielle und auch produktivitätsbezogene Auswirkungen hat (Forum and Health, 2011; WHO, 2013; Williams et al., 2018). Die Aufnahme bioaktiver Peptide mit blutdrucksenkender Wirkung wie das Isoleucin-Tryptophan (IW) ist als mögliche Präventionsstrategie für die Hypertonie in Diskussion. Das Dipetid IW hemmt das Angiotensin-Converting-Enzym (ACE) und zeigt im Tierversuch eine blutdrucksenkende Wirkung (Martin et al., 2008b; Kaiser et al., 2016). Die Absorption dieses Dipeptids ist jedoch noch nicht aufgeklärt. Daher sollte in der vorliegenden Arbeit die Absorption und Stabilität bioaktiver Peptide am Beispiel des Dipeptids IW untersucht werden. Die folgenden 3 Zielsetzungen sollten dabei helfen die Aufnahme von IW in vivo aufzuklären. 1) Untersuchung der intestinalen Absorption von IW ex-vivo mittels Darmperfusion (EIPM). 2) Bewertung der intestinalen Stabilität von IW mittels Darm/Peptid-Co-Inkubation und anschließenden Studien zur Identifikation IW-abbauender Enzyme. 3) Untersuchung auf mögliche weiter gastrointestinale Absorptionsrouten von IW beim Menschen. Im ersten Schritt wurde die ex-vivo Darmperfusions-Methode (EIPM) etabliert, so dass eine physiologische Abschätzung der Absorption von IW durch den Mausdarm möglich wird. Mit dieser Methode wurden die absorptiven Funktionen des Darms ex-vivo zunächst mit den Kontrollsubstanzen, Koffein und Erythrozyten geprüft, bevor die Absorption der Dipeptide IW und WL untersucht wurden. Die Ergebnisse aus den Dipeptid Studien zeigten, dass IW und WL nicht intakt aus dem Mausdarm absorbiert wurden, allerdings die in der Sequenz der Dipeptide enthaltene Aminosäure Tryptophan konnte nachgewiesen werden. Dies lässt darauf schließen, dass die Dipeptide durch die Darmenzyme mit anschließender Freisetzung von Tryptophan rasch abgebaut wurden. Die Berechnung der Massenbilanz zeigten für IW und WL ein signifikantes Massendefizit (18 % für IW und 15 % für WL). Die Darm/Peptid-Co-Inkubationsstudien zeigten ebenfalls eine rasche Abnahme (innerhalb von 5 Minuten) der IW- und WL-Konzentrationen und gleichzeitig eine Zunahme der Tryptophankonzentration. Damit konnte bestätigt werden, dass IW und WL im Darm rasch abgebaut wird. Auch in den Co-Inkubationsstudien gab es wie bei den EIPM-Ergebnissen ein signifikantes Massendefizit (19 % für IW und 21 % für WL). Für die Identifizierung der IW abbauenden Enyzme wurden die Darm-Peptid-Co-Inkubation zusätzlich neben IW mit verschiedenen allgemeinen und spezifischen Inhibitoren durchgeführt. Dabei konnte gezeigt werden, dass Membrandipeptidase, Aminopeptidase W und Aminopeptidase N die Enzyme sind, die hauptsächlich IW im Darm abbauen. Die gleichzeitige Hemmung dieser Enzyme verhinderte signifikant die Hydrolyse von IW im Darm. So wurden 64,1 % des eingesetzten IW nach 5 min quantifiziert. Für Aminopeptidase N und die Membrandipeptidase sind kommerziell erhältliche Antikörper vorhanden, so dass die beiden mittels Western Blot und Immunchemie als Bürstenrandenzyme im Darmepithel nachgewiesen wurden. In einer weiteren Versuchsreihe wurde untersucht, ob die oben genannten Enzyme auch für den Abbau von IW im Plasma verantwortlich sind. Die Ergebnisse zeigten, dass diese identifizierten Enzyme den Abbau von IW im Plasma nicht verhinderten, was zeigt, dass dort andere Enzymgruppen beteiligt sind. Weiter wurden Veränderungen der intestinalen ACE-Aktivität und des intestinalen ACE-Proteinspiegels nach der Inkubation mit IW untersucht. Es zeigten sich durch die Inkubation mit IW eine Verringerung der ACE-Aktivität, die allerdings auf Grund der hohen Standardabweichung keine Signifikanz erreichte. Der ACE-Proteinspiegel zeigte durch die Inkubation mit IW keine signifikanten Veränderungen. Im Hinblick auf die Humanstudien wurde die IW Stabilität in Speichelproben von 4 Freiwilligen untersucht. Während bei einer Probe keinerlei Abbau von IW über 10 min gesehen wurde, zeigten die anderen 3 dagegen einen deutlichen Abbau von IW. Nach 10 min Inkubation waren im Mittel noch 81,7 % IW intakt nach 30 min nur noch 68,6 %. Parallel zum IW – Abbau nahm die Tryptophan-Konzentration zu. Mit der erhaltenen Massenbilanz von 108,2 % konnte eindeutig ein Abbau von IW bestätig werden. Um die mögliche Absorption von IW über den gesamten Magen-Darm-Trakts beim Menschen zu beurteilen, wurde IW über verschiedene Wege verabreicht: sublingual, in Trinkwasser gelöst, als magensaftresistente Kapseln und als nicht magensaftresistente Kapseln. Die Ergebnisse der Absorptionsstudien mit 5 bis 6 Probanden zeigten einen Anstieg von IW im Plasma im Vergleich zu den basalen Werten bei den folgenden Interventionen: als magensaftresistente Kapseln (Mittelwert; +/-304 %, Median; +/-156 %), sublingual (Mittelwert; +/-303 %, Median; +/-204 %), in Trinkwasser gelöst (Mittelwert; +/-266 %, Median; +/-287 %) und schließlich als Kapseln ohne Magensaftresistenz (Mittelwert; +/-163 %, Median; +/-152 %). Alle Messparameter unterlagen hohen interindividuellen Schwankungen. Die Fläche unter den Kurven für den IW-Anstieg wurde in folgender Reihenfolge kalkuliert: IW magensaftresistente Kapseln > sublinguale IW > IW in Trinkwasser gelöst > IW Kapseln ohne Magensaftresistenz. Dies gilt sowohl für den Vergleich des Mittelwerts als auch für den des Median. Eine entsprechende Hemmung der Plasma-ACE-Aktivität wurde auch bei den Teilnehmern nach der IW-Einnahme beobachtet. IW, das über dem sublingualen Weg verabreicht wurde, bewirkte die stärkste Hemmung der Plasma-ACE-Aktivität (Mittelwert; +/-19,1 %, Median; +/-17. 9 %), gefolgt von in Trinkwasser gelösten IW (Mittelwert;+/-16,8 %, Median; +/-18,6 %), dann IW-magensaftresistente Kapseln (Mittelwert; +/-13,6 %, Median; +/-15,1 %) und schließlich IW- Kapseln ohne Magensaftresistenz (Mittelwert; -9,3 %, Median; -9,2 %). Zusammenfassend haben die Ergebnisse der vorliegenden Studie gezeigt, dass IW im Darm rasch abgebaut wird, was für seine Bioverfügbarkeit eine Rolle spielt. Als die wichtigsten Enzyme, die IW im Darm abbauen, wurden die Membrandipeptidase, Aminopeptidase N und Aminopeptidase W identifiziert, diese sind allerdings nicht für den IW-Abbau im Plasma verantwortlich. Schließlich zeigten die Ergebnisse der Humanstudien, dass IW vor allem sublingual und intestinal, in geringerem Masse auch über den Magen absorbiert wurde. Parallel zu der Absorption wurde das Plasma-ACE gehemmt. Diese Studien liefern damit wichtige Grundlagen für die Absorption bioaktiver Peptide, welche für die Überlegungen der Applikationsart dieser Peptide hilfreich sind.

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Biotests sind für die toxikologische Bewertung von Chemikalien, Pflanzenschutzmitteln und schadstoffbelasteten Gewässern oder Böden von besonderer Bedeutung, da sie Auskünfte über die biologische Wirksamkeit eines Stoffes auf Organismen geben. Bislang gibt es für die ökotoxikologische Bewertung, insbesondere von Chemikalien und Pflanzenschutzmitteln, für die autotrophe Organismenebene neben verschiedenen Biotests mit höheren Pflanzen den DIN 28 692 Biotest "Wachstumshemmtest mit den Süßwasseralgen Scenedesmus subspicatus und Selenastrum capricornutum", der auch als OECD 201 Biotest "Algal, Growth Inhibition Test" vorliegt. Dieser aquatische Biotest wird nur mit einer Süßwasseralgenart durchgeführt und trotzdem zunehmend für die Bewertung von belasteten Böden und Sedimenten eingesetzt. Untersuchungen über aquatische Biotests, die Bodenalgen als Testorganismen nutzen, oder Boden-Biotests mit Bodenalgen gibt es nur vereinzelt. Ein Biotestsystem, das sowohl aus einem aquatischen als auch aus einem terrestrischen Biotest besteht und mehrere Bodenalgenarten als Testorganismen nutzt, existiert bisher nicht. Dieses wurde in vorliegender Arbeit entwickelt und an dem Schwermetall Cadmium als Cadmiumchlorid und dem Herbizid Arelon, Wirkstoff Isoproturon erprobt. Um Bodenalgen, die keine Resistenzen oder Toleranzen gegenüber Schadstoffen aufweisen, als Testorganismen nutzen zu können, wurden aus unbelasteten Böden Algen isoliert, Klonkulturen erstellt und die Arten bestimmt. Dies führte zu einer Sammlung mit 35 Algenarten. Aus den in die Bodenalgensammlung aufgenommenen Arten wurden Xanthonema tribonematoides, Stichococcus bacillaris, Klebsormidium flaccidum, Xanthonema montanum und Chlamydomonas noctigama für das Testsystem ausgewählt. Zusätzlich zu diesen wurde die Süßwasseralge Scenedesmus subspicatus als Referenzalge ausgewählt. Mit diesen Algen wurde der Gel-Biotest, bestehend aus einem flüssigen gelartigen Medium, das die Kontaminationspfade im Wasser nachbildet, und ein Boden-Biotest mit einem naturnahen sorptionsschwachen Boden entwickelt, der die Kontaminationspfade über Gas-, Wasser- und Festphase im Boden nachbildet. Bei der Erprobung dieses Biotestsystems mit Cadmiumchlorid und Isoproturon zeigte sich, daß Bodenalgen gegenüber Cadmiumchlorid im Gel-Biotest eine geringe bis mittlere Sensibilität aufwiesen. Im Boden-Biotest lag eine sehr geringe Sensibilität vor, wie dies auch bei anderen Bodenorganismengruppen in Biotests festgestellt wurde. Dies kann mit der Sorption der Cadmiumionen im Boden erklärt werden und dem damit geringen für die Organismen bioverfügbaren Cadmiumionenanteil. Für Isoproturon lag sowohl im Gel- als auch im Boden-Biotest eine hohe Sensibilität der Bodenalgen vor. Erstaunlich war, daß die Sensibilität in beiden Biotests nahezu identisch war, obwohl Isoproturon in sorptionsschwachen Böden zu ca. 30 % adsorbiert wird. Im Vergleich zur Sensibilität von Scenedesmus subspicatus waren die Bodenalgen bei Cadmiumchlorid bis auf zwei Ausnahmen um den Faktor 5 bis 10 unsensibler. Die Bodenalge Klebsormidium flaccidum besaß eine vergleichbare Sensibilität und Xanthonema montanum war um den Faktor 20 unsensibler. Für Isoproturon konnten keine Unterschiede in der Sensibilität zwischen Scenedesmus subspicatus und den geprüften Bodenalgen ermittelt werden, außer bei Stichococcus bacillaris, die um den Faktor 5 unempfindlicher war. Das entwickelte miniaturisierte Biotestsystem eignet sich dazu, differenzierte Aussagen über das ökotoxische Potential von Stoffen auf Bodenalgen und der Süßwasseralge Scenedesmus subspicatus zu erhalten. Durch den Einsatz von zwei unterschiedlichen Testsubstraten (Flüssigmedium und naturnaher Boden) werden der Einfluß dieser Substrate sowie die daraus resultierenden Kontaminationspfade der Teststoffe und ihre ökotoxikologische Wirkung auf Algen feststellbar und vergleichbar. Ein Normenentwurf des Biotestsystems wurde inzwischen in das "Technical Committee 190 - Soil Quality" der International Standards Organization (ISO) eingereicht. / Biotests are an important device to assess the toxicity of chemicals, pesticides, polluted water, and soils because they can provide direct information about the influence of a compound on the organism level. Besides various biotests using higher plants there is only the DIN 28 692 biotest "Growth-inhibition test using fresh water algae Scenedesmus subspicatus and Selenastrum capricornutum" (DIN 28 692) also known as the OECD 201 biotest "Algal, Growth Inhibition Test" which is currently available for an ecotoxicological assessment of chemicals such as pesticides on the autotrophic organism level. This aquatic biotest is based on a single specie of fresh water algae and is increasingly applied to evaluate polluted soils and sediments. There is almost no information on aquatic biotests which are using soil algae as test organisms instead. A more comprehensive biotest system which actually combines aquatic and terrestric biotests using several soil algae species as test organisms has not been reported, yet. Thus, a biotest system was developed and subsequently evaluated by using cadmium (cadmium chloride) as a heavy metal, and the herbicide arelon containing isoproturon as the active ingredient. Soil algae were isolated from unpolluted soil in order to obtain test organisms which are not resistant or tolerant to pollutants. The algae isolates were then cultivated, and subsequently identified. A total of 35 algae species was collected. Algae species used in the biotest system were Xanthonema tribonematoides, Stichococcus bacillaris, Klebsormidium flaccidum, Xanthonema montanum, Chlamydomonas noctigama. In addition, the fresh water specie Scenedesmus subspicatus served as a reference algae. Based on these different algae species a gel biotest using liquid gel medium was developed to investigate the contamination path via water, and also a soil biotest with a pre-treated soil of low sorption capacity was deviced to simulate the contamination path through gas, water, and solid phase. The evaluation of the biotest system using cadmium chloride and isoproturon did reveal that soil algae have had only low to medium sensitivity to cadmium chloride in the gel biotest. Algae sensitivity in the soil biotest was very low which was in accordance with data from other biotests using different soil organisms. The weak response of the algae was most likely caused by the sorption of the cadmium ions to the soil matrix what may have decreased the bioavailability of cadmium. In comparison, soil algae were very sensitive to isoproturon in both, the gel biotest and the soil biotest. Both biotests indicated almost identical sensitivities of the tested soil algae which was surprising since 30 % of the isoproturon was sorbed even in soils with a low sorption capacity. Soil algae when compared to the water algae Scenedesmus subspicatus were generally 5 to 10-fold less sensitive to cadmium chloride. Only Klebsormidium flaccidum has proved to have a similar sensitivity as Scenedesmus subspicatus had, whereas Xanthonema montanum was about 20-fold less sensitive. With isoproturon, however, no differences in sensitivity could be seen between Scenedesmus subspicatus and the tested soil algae, except Stichococcus bacillaris which was about 5-fold less sensitive. The biotest system as developed in this study has shown to be suitable for obtaining valuable information about ecotoxicological effects of chemicals on soil and water algae. Since the biotest system consists of two different test media (liquid gel and soil) it is possible to determine ecotoxicological effects on algae in both, water and soil. A first draft of the developed biotest system has been submitted to the "Technical Committee 190 - Soil Quality" of the International Standards Organization (ISO) for review.