Stanovení metabolitů nekalorických sladidel v biologických tekutinách s pomocí 1H NMR

Bc. Veronika Karnetová

Master's thesis

Determination of metabolites of non-caloric sweeteners sweeteners in biofluids using 1H NMR

Abstract:

V diplomové práci „Stanovení metabolitů nekalorických sladidel v biologických tekutinách s pomocí 1H NMR“ byl zkoumán způsob exkrece acesulfamu K (ACK) močí a slinami u lidí a jeho vliv na metabolický profil těchto tělních tekutin. Studie se účastnilo 16 dobrovolníků (9 žen a 7 mužů). Každý z nich odevzdal 2 kontrolní vzorky moči i slin, poté zkonzumoval 0,5 l Coca-Coly Zero (proběhla intervence) a dále poskytl vzorky moči a slin odebírané během 24 hodin. Odebrané vzorky byly následně zpracovány a podrobeny NMR analýze. V této diplomové práci byly nakonec využity pouze vzorky moči, z důvodu nedostatečného objemu jednotlivých vzorků slin, které pak musely být naředěny destilovanou vodou. V důsledku toho klesla koncentrace ACK pod detekční limit NMR. Ve vzorcích moči bylo kvantifikováno celkem 21 metabolitů. Koncentrace těchto metabolitů byly porovnány mezi pohlavími subjektů. Výsledky ukázaly, že ženská moč obsahovala větší množství jednotlivých metabolitů. Statisticky signifikantní rozdíl byl pozorován u fruktosy (p = 0,0499; q = 0,1892), glukosy (p = 0,0379; q = 0,1892), hippurátu (p = 0,0207; q = 0,1791), sukcinátu (p = 0,0038; q = 0,0909) a močoviny (p = 0,0070; q = 0,0909), ale ne však po korekci míry falešně pozitivních výsledků (FDR). Dále byl sledován vliv tělesné hmotnosti a výšky na koncentraci některých metabolitů v moči. S oběma tělesnými proporcemi koreloval ACK (rvýška = –0,58; rhmotnost = –0,61) a kreatin (rvýška = –0,66; rhmotnost –0,63). S výškou koreloval pouze N,N-dimethylglycin (rvýška = –0,7; rhmotnost = –0,35). V další fázi byly získány výsledky související s intervencí. Byly porovnány průměry koncentrací jednotlivých metabolitů před a po intervenci. Průměrný nárůst koncentrace byl pozorován u ACK (násobný rozdíl (FC) = 1255,6; p = 0,000031; q = 0,00061), acetonu (FC = 3,2; p = 0,0010; q = 0,0104), fruktosy (FC = 1,4; p = 0,0017; q = 0,0108) a metanolu (FC = 3,4; p = 0,0022; q = 0,0108). V této diplomové práci bylo zjištěno, že koncentrace metabolitů a ACK v moči se liší mezi muži a ženami a současně je ovlivněna i tělesnou hmotností a výškou subjektů. Nelze však přesně zjistit, jestli změny koncentrací metabolitů souvisely přímo s ACK, jelikož mohly být ovlivněny i jinými faktory. Pro pochopení tohoto tématu je nutné provést další výzkumy, nicméně tato diplomová práce přispívá k rozšíření znalostí o vlivu nízkokalorických sladidel na lidský organismus a vhodnosti využití metody NMR pro účely kvantifikace ACK.

Abstract:

In the thesis "Determination of Non-Caloric Sweetener Metabolites in Biological Fluids using 1H NMR," the excretion method of acesulfame K (ACK) through urine and saliva in humans and its impact on the metabolic profile of these body fluids was investigated. Sixteen volunteers (9 women and 7 men) participated in the study. They each submitted 2 control urine and saliva samples, then consumed 0.5 l of Coca-Cola Zero (the intervention) and further provided urine and saliva samples collected over 24 hours. Then the samples were processed and subjected to NMR analysis. Only urine samples were used in this thesis due to insufficient volume of individual saliva samples. Then they had to be diluted with distilled water. Consequently, the concentration of ACK fell below the NMR detection limit. A total of 21 metabolites were quantified in urine samples. The concentrations of these metabolites were compared between a gender. Female urine contained higher amounts of each metabolite. A statistically significant difference was observed for fructose (p = 0.0499; q = 0.1892), glucose (p = 0.0379; q = 0.1892), hippurate (p = 0.0207; q = 0.1791), succinate (p = 0.0038; q = 0.0909) and urea (p = 0.0070; q = 0.0909), but not after correction for false discovery rate (FDR). The effect of body weight and height on the concentration of some metabolites in urine was also investigated. ACK (rheight = –0.58; rweight = –0.61) and creatine (rheight = –0.66; rweight = –0.63) were correlated with both body proportions. N,N dimethylglycine (rheight = –0.7; rweight = –0.35) was correlated only with height. Intervention-related results were obtained afterwards. Average concentrations of individual metabolites before and after the intervention were compared. Average concentration increases were observed for ACK (fold change (FC) = 1255.6; p = 0.000031; q = 0.00061), acetone (FC = 3.2; p = 0.0010; q = 0.0104), fructose (FC = 1.4; p = 0.0017; q = 0.0108) and methanol (FC = 3.4; p = 0.0022; q = 0.0108). In the thesis, there was found that urinary metabolite and ACK concentrations differ between males and females and are also affected by body weight and height of the subjects. It could not be determined if the changes in the concentrations were directly related to ACK. They may have been influenced by other factors. Further research is needed to understand this topic. However, this thesis contributes to the knowledge of the effect of low-calorie sweeteners on the human body and the suitability of using NMR for the purpose of ACK quantification.

Keywords

acesulfam K, syntetická sladidla, metabolismus, metabolomika, moč, sliny

Keywords

acesulfame K, synthetic sweeteners, metabolism, metabolomics, urine, saliva

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 4. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 21. 5. 2024
• Supervisor: doc. Ing. Jaroslav Havlík, Ph.D.
• Reader: Jana Kopčeková, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Food and Nutrition