Einfluss von Insektenprotein auf den Lipidstoffwechsel bei Zuckerratten

Abstract

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Wirkung von Insektenmehl als alternative Proteinquelle, hergestellt aus den Larven des Mehlkäfers (Tenebrio molitor L.) auf den Fettstoffwechsel fettleibiger Zuckerratten zu untersuchen. In Anbetracht der zukünftigen Herausforderungen in der Futter- und Lebensmittelsicherung steht der Fokus der Forschung derzeit auf alternativen Proteinquellen, wie Insekten. Insekten stellen eine attraktive, alternative Proteinquelle dar, da diese ökonomische und ökologische Vorteile mit sich bringen. Aufgrund des geringen Methioningehaltes, vergleichbar mit der Sojabohne, wurde eine lipid- und cholesterinsenkende Wirkung postuliert. Zur Untersuchung der Hypothese wurde ein vierwöchiger Fütterungsversuch mit 12 schlanken und 36 fettleibigen Zuckerratten durchgeführt. Die schlanke und eine fettleibige Gruppe erhielten eine Diät mit Casein, als Referenzprotein, während bei zwei weiteren, fettleiben Untersuchungsgruppen Casein durch Insektenmehl ersetzt wurde, so dass 50% oder 100% der Proteinquelle durch Insektenmehl zur Verfügung gestellt wurde. Es wurden Daten zur Gewichtsentwicklung und der Futteraufnahme erhoben. Um beeinflusste Stoffwechselwege identifizieren zu können, wurde ein Microarray in der Leber durchgeführt. Die Ergebnisse wurden mit der Software DAVID Bioinformatics ausgewertet und mittels qPCR validiert und Genexpressionen der Fettsäurensynthese, der Cholesterinsynthese, der β-Oxidation, des Carnitin-Stoffwechsels, des Methionin-Homocystein-Glutathion-Systems und der Elongation und Desaturierung von Fettsäuren untersucht. Im Plasma und in der Leber wurden die Konzentrationen von Triglyzeriden, Cholesterin, Carnitin sowie Homocystein und seinen Metaboliten gemessen. Eine Metabolomanalyse im Plasma wurde durchgeführt. Im M. rectus fermoris erfolgt eine Carnitin-Bestimmung. Expressionen von Genen der betrachteten Stoffwechselwege wurden mittels PCR gemessen. Auf Proteinebene erfolgte die Untersuchung der Transkriptionsfaktoren Sterol regulatory element-binding protein -1 (SREBP-1) und Sterol regulatory element-binding protein -2 (SREBP-2) mittels WesternBlot und die Bindungsaktivität von Peroxisom proliferator activating receptor α (PPARα) mit Hilfe eines Electrophoretic mobility shift assays (EMSA). Die Aktivitäten der Glucose-6-Phosphat Dehydrogenase (G6PD), der Fatty acid synthetase (FAS) und der 3-Hydroxy-3-Methyl-Glutaryl-Coenzym A (HMGCR) wurden in der Leber bestimmt. Histologisch wurden Leberproben mit einer Oil Red O Färbung aufgearbeitet. Es konnte eine deutliche triglyzerid- und cholesterinsenkende Wirkung im Plasma und in der Leber der Versuchstiere, durch den Einsatz von Insektenmehl als Proteinquelle, festgestellt werden. Homocystein stellte sich durch das Insektenmehl dosisabhängig reduziert im Plasma und in der Leber dar. Durch das Insektenmehl waren im Plasma und im M. rectus femoris Carnitin- und Acetylcarnitin-Konzentrationen erhöht. In der Leber waren die Carnitin-Gehalte innerhalb der fettleibigen Gruppen unbeeinflusst. Die Konzentration von Acetylcarnitin war durch das Insektenmehl in der Leber erhöht. Die Auswertung des Microarrays zeigte im Vergleich der fettleibigen Insektenmehlgruppe mit 100% Insektenmehl als Proteinquelle gegen die fettleibige Caseingruppe reduzierte Genexpressionen der biosynthetischen Prozesse von Sterolen, Cholesterin und ungesättigten Fettsäuren sowie metabolische Prozesse langkettiger Fettsäuren. In weiteren Untersuchungen der Genexpressionen konnten mittels qPCR reduzierte Genexpressionen ausgewählter SREBP-1- und SREBP-2-induzierter Gene durch den Einsatz von Insektenmehl als Proteinquelle dargestellt werden. PPARα-induzierte Zielgene zeigten keine Beeinflussung der Genexpressionen durch das Insektenmehl. Für Genexpressionen der Homocystein-Synthese konnten keine Beeinflussungen durch das Insektenmehl festgestellt werden. Gene der Elongation und Desaturierung waren durch das Insektenmehl geringer exprimiert. Die Proteinkonzentrationen der Transkriptionsfaktoren SREBP-1 und SREBP-2 waren durch das Insektenmehl reduziert, wobei SREBP-1 keine signifikanten Unterschiede aufwies. Die PPARα-Bindungsaktivität, mittels EMSA bestimmt, zeigte keine Aktivierung von PPARα. Die Enzym-Aktivitäten von FAS, G6PD und HMGCR waren durch das Insektenmehl reduziert. Die histologischen Schnitte mit Oil Red O Färbung zeigten geringere Lipidgehalte der Ratten, deren Diät Insektenmehl enthielt. Die reduzierten Fett- und Cholesteringehalte können auf eine verringerte Synthese, jedoch nicht auf eine verstärkte PPARα-vermittelte Oxidation der Fettsäuren zurückgeführt werden. Die Ursache der gezeigten Ergebnisse kann zum derzeitigen Stand nicht erklärt werden. Insekten liefern ein großes Potential als Lebensmittel, die metabolische Gesundheit der Menschen zu verbessern.