Transport, Toxizität und Metabolismus von Dimethylmonothioarsenat (DMMTA) in Oryza sativa und anderen Pflanzenspezies

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Stephan Clemens; Professorin Dr. Britta Planer-Friedrich
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 549251987

Das Halbmetall Arsen ist in Spuren allgegenwärtig in der Umwelt. Verantwortlich dafür sind sowohl natürliche als auch vom Menschen beeinflusste Prozesse. Arsen ist für alle Organismen toxisch und für Menschen als Klasse I-Karzinogen eingestuft. Pflanzen nehmen Arsen über Transporter für essentielle und förderliche Mineralstoffe auf. Zudem ist Arsen innerhalb der Pflanze mobil und erreicht auch essbare Organe wie die Samen. Deshalb ist die Aufnahme über pflanzliche Nahrungsmittel, insbesondere Reis, eine wesentliche Quelle der chronischen Belastung von Menschen durch Arsen. Verschiedene anorganische und organische Arsen-Formen sind in der Umwelt präsent. Arsen kann außerdem durch in der Rhizosphäre von Pflanzen lebende Bakterien methyliert werden. Auch diese methylierten Formen werden aufgenommen und akkumulieren in Pflanzen. Das anorganische Arsenit gilt als die für die Belastung von Nahrungsmitteln wichtigste Form, während methylierte organische Arsenverbindungen wie das Dimethylarsenat (DMA) bisher als weniger problematisch angesehen werden. Unsere Arbeiten der letzten Jahre haben jedoch gezeigt, dass auch schwefelhaltige (thiolierte) Arsenverbindungen in Reisböden vorkommen, darunter das Dimethylmonothioarsenat (DMMTA), welches für menschliche und andere Säugerzellen toxischer ist als selbst Arsenit. Mehr noch, DMMTA kann von Pflanzen aufgenommen werden und im Reis bis ins Korn gelangen. Zudem entsteht DMMTA auch in der Pflanze durch Umwandlung von DMA. Möglicherweise sehr problematisch für die Lebensmittelsicherheit ist, dass DMMTA im Reiskorn durch die bisher verwendeten analytischen Methoden nicht detektiert wird. Da in den meisten Ländern der Erde und auch in der EU nur anorganisches Arsen durch Grenzwerte reguliert ist, entgeht das sehr toxische DMMTA bisher jeder Kontrolle. Unser Projekt hat zum Ziel, die Mechanismen der Aufnahme und Toxizität von DMMTA in Pflanzen zu verstehen sowie die Bildung und den Stoffwechsel von DMMTA aufzuklären. Die beiden untersuchten Modellsysteme sind Reis, welcher auch der Zielorganismus in Bezug auf Lebensmittelsicherheit ist, und Arabidopsis thaliana, die Pflanzenart, welche viele der bisherigen Durchbrüche im Verständnis von Arsen-Transport und -Metabolismus ermöglicht hat. Das detaillierte Verständnis der Interaktion von DMMTA und anderen Thioarsenaten mit Pflanzen wird in Zukunft hoffentlich ermöglichen, die chronische Belastung von Menschen durch Arsen-Akkumulation in Nahrungspflanzen substantiell zu verringern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen