Simultaneous determination of 20 veterinary drugs in grass carp by HPLC-MS/MS

Jedes Mal, wenn wir eine Mahlzeit zu uns nehmen, sind unsere Körper einer komplexen Welt von Chemikalien ausgesetzt, von denen einige natürlich und andere durch menschliche Aktivitäten eingeführt wurden. In der Welt der Aquakultur setzen Landwirte oft synthetische Medikamente ein, um Fische gesund und wachsend zu halten, ganz ähnlich wie Ärzte Antibiotika für Menschen verschreiben. Zu den häufigsten dieser Medikamente gehören Fluorchinolone und Sulfonamide, zwei Wirkstofffamilien, die darauf ausgelegt sind, Bakterien abzutöten, zusammen mit einem dritten Wirkstoff namens Trimethoprim, der deren Wirkung verstärkt. Während diese Behandlungen die Fische schützen, besteht die berechtigte Sorge, dass bei unsachgemäßer Anwendung winzige Spuren in dem Fleisch zurückbleiben können, das wir essen. Diese Rückstände können sich in unseren Körpern anreichern und potenziell das empfindliche Gleichgewicht der Bakterien in unserem Darm stören oder das Wachstum von Bakterien fördern, die nicht mehr auf Medikamente ansprechen. Um unsere Lebensmittel sicher zu halten, haben Regierungen weltweit strenge Grenzwerte festgelegt, wie viel dieser Medikamente in essbarem Fisch verbleiben darf, was wiederum die Notwendigkeit schafft, dass Wissenschaftler Wege entwickeln, selbst kleinste Mengen aufzuspüren.

Die Herausforderung für Wissenschaftler besteht darin, dass Fischfleisch eine schwierige Umgebung zum Testen ist. Es ist reich an Proteinen und Fetten, die die Medikamentenrückstände verbergen oder die zur Detektion verwendeten Maschinen stören können. Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, eine bestimmte Nadel in einem Heuhaufen zu finden, der zudem klebrig ist und voller anderer Ablagerungen steckt; die Werkzeuge, die dazu dienen, die Nadel herauszuziehen, könnten durch den Heu verstopfen oder verwirrt werden. Um dies zu lösen, konzentrierten sich Forscher am Shandong Freshwater Fisheries Research Institute in China auf den Graskarpfen, einen Fisch, der weit verbreitet gezüchtet und verzehrt wird. Ihr Ziel war es, eine einzige, effiziente Methode zu entwickeln, um zwanzig verschiedene Veterinärmedikamente gleichzeitig zu überprüfen, anstatt jeden Typ einzeln zu testen. Ihr Ziel war es, einen Prozess zu konstruen, der die unordentlichen Teile des Fischfleisches entfernt, während die Medikamentenspuren zurückbleiben, bereit, mit extremer Präzision gemessen zu werden.

Die Forscher begannen damit, ein kleines Stück des Fischmuskels zu nehmen und es mit einem flüssigen Lösungsmittel zu mischen, um die Medikamente aus dem Gewebe zu extrahieren. Sie fanden heraus, dass ein spezifisches Lösungsmittel am besten geeignet war, um die Medikamente aufzulösen, während es gleichzeitig die Fischproteine verklumpen und abtrennen ließ. Um sicherzustellen, dass die Flüssigkeit für den nächsten Schritt trocken genug war, fügten sie eine kleine Menge eines Trocknungssalzes hinzu, das jegliche verbliebene Feuchtigkeit aufsaugt. Die Mischung wurde dann mit hoher Geschwindigkeit zentrifugiert, um die festen Bestandteile von der Flüssigkeit zu trennen. Die klare Flüssigkeit, die nun die gelösten Medikamente enthielt, wurde durch eine spezielle Kartusche geleitet, die mit winzigen Kügelchen gefüllt war. Dieser Schritt wirkte wie ein Filter, der unerwünschte Fette und Proteine auffing, aber die Medikamentenmoleküle direkt hindurchfließen ließ, wodurch die Probe effektiv gereinigt wurde, ohne dass komplexe Wasch- oder Trocknungsschritte nötig waren, die normalerweise viel Zeit in Anspruch nehmen.

Sobald die Probe gereinigt war, wurde sie in eine hochentwickelte Maschine injiziert, die wie ein Hochgeschwindigkeits-Sortierer und Detektor fungiert. Die Maschine trennte zunächst die verschiedenen Medikamentenmoleküle basierend darauf, wie sie sich durch ein Rohr bewegten, und identifizierte sie anschließend durch die Gewichtung ihrer Molekülfragmente. Um sicherzustellen, dass die Ergebnisse genau waren, fügten die Wissenschaftler vor dem Test eine bekannte Menge einer „Zwillingsversion“ jedes Medikaments zu den Proben hinzu. Diese Zwillinge sind chemisch identisch mit den echten Medikamenten, sind aber etwas schwerer, was es der Maschine ermöglicht, zwischen dem, was natürlich im Fisch vorhanden war, und dem, was für die Messung hinzugefügt wurde, zu unterscheiden. Diese Technik ermöglichte es den Forschern, etwaige Interferenzen durch das Fischfleisch selbst zu korrigieren, sodass die endgültigen Zahlen die tatsächliche Menge des vorhandenen Medikaments widerspiegelten.

Die Methode erwies sich als äußerst effektiv. Die Forscher testeten sie, indem sie bekannte Mengen der zwanzig Medikamente zu sauberen Fischproben hinzufügten, und fanden heraus, dass sie zwischen 78,8 % und 115,6 % der hinzugefügten Medikamente zurückgewinnen konnten, mit sehr geringer Variation in den Ergebnissen. Dieses Maß an Genauigkeit bedeutete, dass die Methode zuverlässig genug war, um Medikamente in sehr niedrigen Konzentrationen nachzuweisen, weit unter den durch Vorschriften festgelegten Sicherheitsgrenzwerten. Als das Team diese neue Methode auf echte Fischproben anwandte, die auf Farmen in der Provinz Shandong gesammelt worden waren, stellten sie fest, dass zwar die meisten Medikamente abwesend waren, Spuren von zwei spezifischen Fluorchinolonen jedoch in einigen der Graskarpfen vorhanden waren. Die gefundenen Mengen waren niedrig und innerhalb der gesetzlichen Sicherheitsgrenzwerte, aber ihre Anwesenheit bestätigte, dass die Methode erfolgreich in der Lage war, solche Rückstände in einem realen Umfeld aufzuspüren.

Diese Arbeit bietet einen gestrafften Weg für Lebensmittelsicherheitsinspektoren, um ein breites Spektrum an Veterinärmedikamenten in einem einzigen Test zu überwachen. Durch die Vereinfachung des Reinigungsprozesses und die Verwendung einer präzisen Messmethode haben die Forscher ein Werkzeug geschaffen, das sowohl schnell als auch genau ist. Diese Fähigkeit ist entscheidend, um sicherzustellen, dass der Fisch auf unseren Tellern sicher zu essen ist und dass der Einsatz von Medikamenten in der Aquakultur unter Kontrolle bleibt, wodurch sowohl die menschliche Gesundheit als auch die Umwelt vor den Risiken der Akkumulation von Medikamentenrückständen geschützt werden.