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Azoles are important chemicals used as antifungal agents in agriculture and human medicine, but also as cytostatic drugs in tumour chemotherapy. Antifungal activities are based on inhibition of lanosterol-14α-demethylase (CYP51). CYP51 catalyses the oxidative removal of the methyl group # 32 of lanosterol to produce follicular fluid meiosis activating steroid (FF-MAS). For fungi the later resulting ergosterol is an essential compound of the cell membrane. Exposed fungi lack ergosterol, which leads to a collapse of the cell membrane. In mammals cholesterol, the downstream product of lanosterol-14α-demethylation necessary for the synthesis of bile acids, mineral corticoids, glucocorticoids and sex steroids, can be supplemented with food intake. However FF-MAS and the resulting T-MAS (testis meiosis activating steroids), the direct products of the CYP51 reaction, act as meiosis-activating steroids on ovaries and testes and are not supplemented with food intake. Inhibition of CYP51 in humans may therefore affect the endocrine system and is an unwanted side effect of azoles. Aromatase (CYP19) catalyses the demethylation of testosterone to estradiol and is inhibited by azoles. Reduction of estrogen levels by CYP19 inhibition is the working principle of cytostatic drugs used in breast cancer therapy but is considered an unwanted side effect for azoles used to treat fungal infections. A favourable fungicide or antifungal drug should be a strong inhibitor of fungal CYP51. In contrast human CYP51 and human CYP19 should not be inhibited by an azole fungicide or antifungal agent. The favourable cytostatic drug should show a high potency towards human CYP19. Neither human CYP51 nor fungal CYP51 should be inhibited by a cytostatic drug. The aim of this work was to assess: are fungicides and antifungal drugs strong inhibitors of fungal CYP51? In return do they not inhibit human CYP51 and human CYP19? Do cytostatic drugs strongly inhibit human CYP19? And in return do they not inhibit human CYP51 or fungal CYP51? Inhibitory potencies of 22 azole compounds used for the three purposes were tested in four inhibition assays: i) on commercially available human CYP19 utilising a fluorescent pseudo substrate dibenzylfluorescein (DBF) ii) on CYP19 utilising testosterone as substrate iii) on human CYP51 and iv) Candida albicans CYP51 utilising lanosterol as substrate. Product formation was measured by liquid chromatography – tandem mass spectrometry utilising photospray ionisation (APPI). A functional human CYP51 was available from BD Gentest Cooperation. A functional enzyme complex comprising of the Candida albicans lanosterol-14α-demethylase and the Candida tropicalis oxidoreductase was expressed in the baculovirus system. When comparing inhibitory potencies on CYP19, human CYP51 and Candida albicans CYP51 a number of agents show desirable patterns of inhibition e.g. the two cytostatic drugs, or two antifungal agents used in human medicine, fluconazole and itraconazole, and a wide variety of the fungicides, e.g. cyproconazole and hexaconazole. Undesirable patterns of inhibition were exhibited by a number of compounds, e.g. prochloraz, bifonazole, ketoconazole and miconazole. Seven compounds show a more complex picture of inhibitory potencies though. To get a picture of residue levels of azoles in food in a model case an LC-ESI-MS/MS method was developed for the determination of azole compounds in wine. All residues were below the maximum residue levels set by authorities. To classify the inhibitory potencies on the different enzyme systems IC50 values obtained were compared to exposure levels measured in farmers, maximum plasma concentrations in humans reported after exposure to antifungal drugs and to acceptable daily intake levels set by authorities. Based on the findings presented, the following conclusions can be drawn. The risk for agricultural workers set by exposure to azole fungicides with respect to human CYP51 and CYP19 can be regarded as negligible when safety measures are adhered to. As a matter of principle however, the usage of bifonazole, miconazole and ketoconazole has to be viewed with caution in respect to the high level of inhibition of human CYP51 and/or CYP19. Under the assumption that the acceptable daily intake amounts set by authorities for azole compounds are not exceeded the residues do not pose a threat to consumer safety judged by our findings. Inhibition of CYP19 with the consequence of a reduction of estradiol levels has to be regarded as a possible disrupting effect of the hormone balance. The relevance of FF-MAS and T-MAS in the endocrine system however still has to be evaluated completely bringing with it the question of how much importance has to be attached to the inhibition of human CYP51.
Gegenstand der vorliegenden Untersuchung ist das Leben und Werk des deutschen Pharmakologen und Toxikologen Wilhelm Neumann (11. Februar 1898 - 15. April 1965). Wesentliche Erkenntnisse hierzu konnten aus Aktenbeständen des Bundesarchivs der Bundesrepublik Deutschland in Berlin-Lichterfelde, Freiburg im Breisgau, und Koblenz, des Dekanatsarchiv der Medizinischen Fakultät der Bayerischen Julius-Maximilians-Universität Würzburg, des Archivs der „Deutschen Gesellschaft für experimentelle und klinische Pharmakologie und Toxikologie“ in Mainz, des Scheringianums, dem Archiv der Schering AG in Berlin, des Staatsarchivs Würzburg und des Universitätsarchivs der Bayerischen Julius-Maximilians-Universität Würzburg gewonnen werden. Von 1919 bis 1923 studierte Wilhelm Neumann in Berlin Chemie und promovierte in der chemischen Abteilung des Preußischen Instituts für Infektionskrankheiten „Robert Koch“ zum Dr. phil. Im Jahr 1924 trat er eine Stelle als Privatassistent am Pharmakologischen Institut der Universität Würzburg unter der Leitung Ferdinand Flurys an. Parallel zu seiner Arbeit am Pharmakologischen Institut studierte er von 1929 bis 1934 an der Universität Würzburg Humanmedizin und promovierte zum Dr. med. 1937 folgte seine Habilitation und die Ernennung zum Dozenten. Weitere Stationen seiner wissenschaftlichen Laufbahn am Pharmakologischen Institut waren die Ernennungen zum planmäßigen Assistenten 1939, zum Konservator 1941 und zum außerplanmäßigen Professor 1942. Im Jahr 1937 nahm Wilhelm Neumann als Arzt der Reserve seine militärische Karriere im Sanitätsdienst der Wehrmacht auf. Während des Zweiten Weltkrieges war er als „beratender Arzt“ und als Wissenschaftler für die Wehrmacht tätig. Neumanns politischer Werdegang begann im Juli 1933 mit seinem Beitritt zur Veteranenorganisation Stahlhelm. Im Februar 1934 wurde er Mitglied der SA, und ab dem 1. Mai 1937 gehörte er der NSDAP an. Nach Ende des Zweiten Weltkrieges wurde Neumann im Zuge des Entnazifizierungsprozesses 1946 aus dem Staatsdienst entlassen. Das 1947 ergangene Spruchkammerurteil reihte ihn in die Gruppe der „Mitläufer“ ein. Infolgedessen konnte er 1948 wieder von der Universität Würzburg eingestellt werden. Im Jahr 1949 wurde er dort zum ordentlichen Professor für Pharmakologie und Toxikologie berufen. Von 1954 bis 1955 übte er das Amt des Dekans der Medizinischen Fakultät der Universität Würzburg aus. Am Pharmakologischen Institut der Universität Würzburg untersuchte Neumann zunächst die Chemie und Pharmakologie der herzwirksamen Glykoside. Ihm gelang auf diesem Gebiet die Reindarstellung eines neuen Wirkstoffs, der 1935 von der Firma Schering im Herzinsuffizienztherapeutikum Folinerin auf den Markt gebracht wurde. Auf toxikologischem Gebiet arbeitete er von 1925 bis 1945 mit Ferdinand Flury an gewerbetoxikologischen Projekten und in der chemischen Kampfstoff-Forschung. Als ordentlicher Professor widmete sich Wilhelm Neumann dann neben eigenen toxikologischen Arbeiten der Förderung der Toxikologie als Fachrichtung. Zu Beginn der 1950er Jahre befasste er sich mit tierischen Giften und erforschte die Toxikologie der Reizgase und der Luftverschmutzung. Von 1955 bis 1965 war Wilhelm Neumann Vorsitzender der DFG-Kommission zur Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe.
Bei Daidzein und Bisphenol A handelt es sich um zwei Vertreter einer Klasse von Stoffen, die als „Umwelthormone“ (engl. endocrine disrupter) bezeichnet werden. Aus der Gruppe der Phytoöstrogene wurde Daidzein als wichtiger Vertreter, der in hohen Konzentrationen in vielen Nutzpflanzen und Nahrungsmitteln vorkommt, ausgewählt. Sojaprodukte, die den größten Beitrag einer menschlichen Exposition gegen Daidzein liefern, werden in zunehmendem Maße auch in westlichen Ländern konsumiert. Bisphenol A wurde als Vertreter der Xenoöstrogene gewählt, da es - was Weltjahresproduktion und Verwendung angeht - die wohl wichtigste Substanz dieser Gruppe darstellt. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Biotransformation und Toxikokinetik der beiden Verbindungen nach oraler Gabe in der Ratte aufgeklärt. Dabei konnte gezeigt werden, daß die orale Bioverfügbarkeit beider Substanzen in der Ratte sehr gering war. Maximal zehn Prozent der jeweils applizierten Dosis konnten im Urin der Tiere wiedergefunden werden. Als Hauptmetabolit wurden sowohl von Daidzein als auch von Bisphenol A das jeweilige Glucuronid-Konjugat gebildet. Bei Daidzein überwog in der männlichen Ratte zusätzlich das Sulfat-Konjugat. Der Anteil an freier, d.h. unkonjugierter Verbindung betrug im Urin der Tiere zwischen 1 und 3 Prozent der Dosis. Außer den Phase II-Konjugaten, die aufgrund ihrer mangelnden östrogenen Wirksamkeit zu einer Detoxifizierung der beiden Verbindungen führte, konnten nach Gabe von Bisphenol A in der Ratte keine weiteren Metabolite identifiziert werden. Nach Exposition mit Daidzein konnten in den Faeces der Tiere in geringem Umfang die beiden reduktiven Metabolite Equol und O-DMA gefunden werden. Diese wurden wahrscheinlich im Magen-Darm-Trakt durch die Bakterien der Darmflora gebildet. Sowohl Daidzein als auch Bisphenol A wurden bei der Ratte nur unvollständig aus dem Magen-Darm-Trakt resorbiert; der Großteil der gegebenen Dosis wurde als unveränderte Substanz in den Faeces wiedergefunden. Bei Bisphenol A wurde die Ausscheidung zudem durch einen ausgeprägten enterohepatischen Kreislauf verzögert. Im zweiten Teil der Arbeit wurden zunächst empfindliche GC/MS- und HPLC-Methoden zur Quantifizierung der Verbindungen in humanen Plasma- und Urinproben entwickelt. Danach wurden freiwillige Probanden oral mit jeweils 5 mg Daidzein bzw. d16-Bisphenol A exponiert, um Daten zur Biotransformation und Toxikokinetik der beiden Substanzen im Mensch zu erhalten. Wegen des deutlich meßbaren Hintergrundes an Bisphenol A, das in allen Kontrollproben nachweisbar war, wurde für die Humanstudie die deuterierte Verbindung gegeben, für die kein störender Hintergrund meßbar war. Die Bioverfügbarkeit der Gesamt-Substanz (freie Verbindung + Konjugate) im Menschen war in beiden Fällen deutlich höher als in der Ratte. Von Daidzein wurden 40 Prozent (Ratte 10 Prozent), von Bisphenol A > 95 Prozent (Ratte 13 Prozent) der applizierten Dosis im Urin der Probanden wiedergefunden. Dabei zeigte sich ein sehr effizienter Phase II-Metabolismus; weniger als 1 Prozent der Glucuronid-Konjugatkonzentrationen wurden als unveränderte Substanz gefunden. Das Glucuronid stellte in beiden Fällen den einzigen nachweisbaren Metaboliten dar. Die Elimination von Daidzein und Bisphenol A verlief in den beiden Studien sehr schnell nach einer Kinetik erster Ordnung. Im Gegensatz zu der Ratte konnten auch bei Bisphenol A keine Auffälligkeiten in den Ausscheidungskurven beobachtet werden, Hinweise auf einen enterohepatischen Kreislauf im Menschen wurden nicht gefunden. Im Falle von Bisphenol A wurde fast die komplette applizierte Dosis (> 95 Prozent) in Form des Glucuronides im Urin wiedergefunden. Anhand der erhobenen Daten wurde anschließend eine Beurteilung des Risikos für den Menschen abgegeben.