Effekte des Antidiabetikums Metformin und seines Transformationsprodukts Guanylharnstoff auf den Gesundheitszustand von Bachforellen (Salmo trutta f. fario) und Posthornschnecken (Planorbarius corneus)

Abstract

In dieser Arbeit wurde der Gesundheitszustand von larvalen und juvenilen Bachforellen sowie Posthornschnecken, zweier in Europa einheimischer Organismen, nach Exposition gegenüber Metformin und Guanylharnstoff analysiert. Um mögliche modulierende Effekte der Temperatur zu bestimmen, fand die Exposition der Testorganismen bei zwei unterschiedlichen Temperaturen (7 und 11 °C) statt. Untersucht wurden Mortalität, Wachstum, Gewebezustand (Leber, Niere, Hepatopankreas), Lipidperoxide, Hsp70-Level, das Schwimmverhalten der Bachforellen und die Darmflora. Zusätzlich wurden bei den larvalen Bachforellen Entwicklungsparameter betrachtet. Metformin führte in umweltrelevanten Konzentrationen (1-10 µg/L) zu einer Reduktion des Körpergewichts, einer Erhöhung des Glykogengehalts in der Leber und Veränderungen im Darmmikrobiom der Bachforellenlarven. Auch in anderen Studien mit Fischen konnte eine Gewichtsreduktion der Testorganismen bei vergleichbaren Metforminkonzentrationen nachgewiesen werden und auch im Menschen verursacht Metformin eine Gewichtsabnahme. Der erhöhte Glykogengehalt in der Leber lässt sich vermutlich durch eine verstärkte Insulin-induzierte Glykogen-Synthase-Aktivität erklären. Dass Metformin das intestinale Mikrobiom beeinflussen kann, wurde in Studien mit Menschen und Nagetieren bereits beobachtet. Bei höheren Metforminkonzentrationen waren diese Effekte auf Gewicht, Kohlenhydratstoffwechsel und Mikrobiom jedoch nicht mehr zu sehen. Eine abschließende Erklärung hierfür ist momentan nicht möglich, da der komplexe Wirkmechanismus von Metformin noch nicht gänzlich entschlüsselt ist. Bei den bei 11 °C exponierten Posthornschnecken war erst bei einer Metforminkonzentration von 1 mg/L ein Effekt auf die Testorganismen zu sehen. Das Transformationsprodukt Guanylharnstoff hatte keinen Einfluss auf die Bachforellen, weder im umweltrelevanten Bereich noch bei 100-fach höheren Konzentrationen. Dagegen wiesen die bei 11 °C exponierten Posthornschnecken bei 0,1 mg/L Guanylharnstoff einen leichten Anstieg im Hsp70-Level auf, weitere Effekte konnten allerdings erst bei 100- bis 1000-fach höheren Konzentrationen von Guanylharnstoff beobachtet werden. Insgesamt wurde in dieser Arbeit gezeigt, dass sowohl Metformin als auch Guanylharnstoff in umweltrelevanten Konzentrationen Effekte bei einheimischen, aquatischen Organismen hervorrufen können. Im Hinblick auf die nicht lineare Konzentrations-Wirkungsbeziehung des Antidiabetikums sind weitere Untersuchungen zum genauen Wirkmechanismus nötig, um die Effekte von Metformin bei Nicht-Zielorganismen besser interpretieren zu können. Für Transformationsprodukte gibt es oftmals kaum Informationen hinsichtlich ihrer ökotoxikologischen Wirkungen, Guanylharnstoff bildet dabei keine Ausnahme. Folglich wäre auch in diesem Fall eine breitere Datenbasis wünschenswert, um eine umfassende Umweltrisikobewertung durchführen zu können.