Определение микотоксинов

 

Микотоксины - это токсичные вторичные продукты обмена веществ плесневых грибов, присутствующие почти во всех видах сельскохозяйственной продукции во всем мире. В отличие от первичных метаболитов (сахаров, аминокислот и других веществ), вторичные метаболиты не являются незаменимыми для нормального обмена веществ гриба.15 Другими известными вторичными метаболитами являются фитотоксины и антибиотики.

В настоящее время известно около 400 микотоксинов. Эти соединения в естественных условиях встречаются в кормах и пищевых продуктах. К некоторым наиболее распространенным микотоксинам относятся афлатоксины, трихотецены, фумонизины, зеараленон, охратоксин и алкалоиды спорыньи.10 Микотоксины вырабатываются различными штаммами грибов, и каждый штамм может продуцировать несколько микотоксинов. В Таблице 1 приведены основные классы этих грибов – продуцентов микотоксинов.13,15,25

Каждое растение может быть поражено несколькими грибами, и каждый гриб может вырабатывать несколько микотоксинов. Следовательно, существует высокая вероятность присутствия в одном кормовом ингредиенте большого количества различных микотоксинов, что увеличивает риск взаимодействия между ними и возникновения синергических эффектов, вызывающих большую озабоченность в связи с их влиянием на здоровье и продуктивность сельскохозяйственных животных. Синергическое действие возникает, когда комбинированное действие двух микотоксинов (даже в низких дозах) оказывается больше суммы действия каждого микотоксина по отдельности. Также может возникать простое аддитивное действие, при котором комбинированное действие двух микотоксинов равно сумме действия каждого микотоксина по отдельности.10,14,19

Микотоксины невидимы, не имеют вкуса, химически и термоустойчивы, а также не разрушаются при хранении. Они устойчивы к стандартным процессам производства кормов.

Грибы – продуценты микотоксинов можно разделить на две группы.13,25

  • Полевые грибы (например, Fusarium sp.), которые обычно вырабатывают микотоксины в поле («до уборки урожая»)
  • Грибы хранения (такие как Aspergillus и Penicillium sp.), которые обычно появляются после уборки урожая («после уборки урожая»)

Однако в особых случаях, например, в необычно жарких или сухих условиях, виды Aspergillus и Penicillium также могут поражать культуры в течение вегетационного периода. С другой стороны, полевые грибы могут продолжать расти и вырабатывать микотоксины во время транспортировки и хранения.7

Микотоксины вызывают экономические потери на всех уровнях производства продуктов питания и кормов, включая производство, переработку и сбыт сельскохозяйственных культур и животноводческой продукции.6,21,26 По данным ФАО (Продовольственная и сельскохозяйственная организация), около 50% мирового урожая может быть заражено микотоксинами.11

Таблица 1. Основные классы микотоксинов и грибов – продуцентов микотоксинов
Основные роды грибов - продуцентов микотоксиновВидыМикотоксины

AspergillusAspergillus
Aspergillus

A. flavus
A. parasiticus
A. nomius
A. pseudotamarii
Aflatoxin
(B1, B2, G1, G2)
A. ochraceusOchratoxin
(Ochratoxin A)
A. clavatus
A. terreus
Patulin
A. flavus
A. versicolor
Cyclopiazonic acid
(CPA)

Claviceps
Claviceps

 

C. purpurea
C. fusiformis
C. paspali
C. africana

Penitrem A

Ergot alkaloids:
Clavines (Argroclavine)
Lysergic acids
Lysergic acid amides
(Ergine)
Ergopeptines
(Ergotamine,
Ergovaline)

Fusarium
Fusarium

F. verticillioides
(syn. F. moniliforme)
F. proliferatum
Fumonisin (B1, B2, B3)
Fusaric acid
F. graminearum
F. avenaceum
F. culmorum

Type A Trichothecenes:

T-2 toxin, HT-2 toxin,
diacetoxyscirpenol

F. poae
F. equiseti
F. crookwellense
F. acuminatum
F. sambucinum
F. sporotrichioides

Type B Trichothecenes:

Nivalenol,
Deoxynivalenol,
Fusarenon-X

F. graminearum
F. culmorum
F. sporotrichioides
Zearalenone
Penicillium
Penicillum
P. verrucosum
P. viridicatum
Ochratoxin
(Ochratoxin A)
P. citrinum
P. verrucosum
Citrinin
P. roquefortiRoquefortine C
PR toxin
Penitrem A
P. cyclopium
P. camemberti
Cyclopiazonic acid (CPA)
Penitrem A
P. expansum
P. claviforme
P. roquefortii
Patulin
Neotyphodium
Neotyphodium
N. coenophialum

Tall fescue toxins:

Ergot alkaloids,
Lolines, Peramine

N. lolii

Ryegrass toxins:

Lolitrems, Peramine,
Ergot alkaloids
(e.g. Ergovaline)

Pithomyces
Pithomyces
P. chartarum

Скрытые микотоксины

Даже при отрицательных результатах анализов нельзя исключать присутствия микотоксинов; это может быть обусловлено двумя основными причинами. Во-первых, микотоксины часто находятся в так называемых «горячих точках» (Рисунок 1), поэтому в зависимости от методик отбора проб они могут оставаться необнаруженными.1,18,22

 

Рисунок 1. В каждой партии есть особые участки, где грибы растут интенсивно. Это может быть связано с изменением влажности и влиянием других факторов, таких как воздушные карманы. В этих горячих точках содержание микотоксинов может быть намного выше в сравнении с остальной частью партии, поэтому для получения представительной выборки необходимо выполнить надлежащее перемешивание.
Рисунок 1

Во-вторых, в корме могут появляться так называемые маскированные микотоксины. Маскированные микотоксины являются продуктами специфической биохимической реакции, в которой микотоксины связываются с определенными молекулами, например, гликозидами, глюкуронидами, сложными эфирами жирных кислот и белками. Из-за биохимической модификации эти маскированные микотоксины не обнаруживаются с помощью обычных аналитических методов, то есть при использовании обычного метода исследования образцы могут определяться как не имеющие контаминации (или с низкой контаминацией), тогда как на самом деле существует риск присутствия микотоксинов.3,5,16 Связь микотоксина с другой молекулой может расщеплена в желудочно-кишечном тракте животного, и тогда происходит высвобождение микотоксина (Рисунок 2).4,8

Рисунок 2. Схема формирования конъюгата микотоксина в растениях и высвобождение микотоксина в пищеварительном тракте млекопитающих.
Рисунок 2

ТОКСИЧНОСТЬ микотоксинов

Микотоксины различаются по строению молекулы, что объясняет большую вариабельность вызываемых ими симптомов.9,13,23 Токсичность микотоксинов может быть острой и хронической. В острых случаях влияние токсина проявляется после короткого времени воздействия (секунды, минуты или часы). Как правило, острая токсичность является результатом воздействия высоких доз и характеризуется наличием быстро распознаваемых тяжелых симптомов.9,17 Для хронической токсичности характерны менее выраженные симптомы, которые иногда могут возникнуть только после начального периода воздействия. Также хроническая токсичность может развиваться при длительном влиянии низких доз микотоксинов. Хроническое действие некоторых микотоксинов проявляется в стимуляции развития рака, особенно в печени (например, действие афлатоксина). Основные симптомы острого и хронического действия микотоксинов приведены в Таблице 2.17

Таблица 2. Основные виды острого и хронического действия микотоксинов
Острое действиеХроническое действие
Ухудшение функции печени и почекРак печени
Желтуха (желтая кожа)Хронический гепатит
РвотаМедленно развивающаяся желтуха
АнорексияГепатомегалия (патологическое увеличение печени)
Асцит (жидкость в брюшной полости)Цирроз печени
Геморрагии в желудочно-кишечном тракте (кровотечение)Подавление иммунной системы

Последствия токсического действия микотоксинов могут быть обратимыми и необратимыми. Обратимые включают незначительные повреждения, которые могут заживляться, такие как раздражение кожи. Необратимые последствия указывают на постоянный вред для здоровья. Одним из примеров является сужение кровеносных сосудов (вазоконстрикция), вызываемое алкалоидами спорыньи и приводящее к некрозу периферических органов (например, пальцев, ушей или хвоста).13,17

Основными проявлениями токсического действия микотоксинов являются канцерогенность, генотоксичность, нефротоксичность, гепатотоксичность, эстрогенный эффект, расстройства репродуктивной и пищеварительной систем, угнетение иммунной системы и кожные реакции.6,10,13,17 Существует несколько факторов, влияющих на симптоматику:13

  • Тип потребляемых микотоксинов, доза и продолжительность воздействия
  • Вид животного, пол, порода, возраст, общее состояние здоровья, иммунный статус
  • Управление фермой: санитарное состояние, температура, плотность поголовья
  • Возможный синергизм между микотоксинами, одновременно присутствующими в кормах

Первичное токсическое действие микотоксинов отражено в Таблице 3.17

Таблица 3. Первичный механизм действия основных групп микотоксинов
МикотоксинПервичный механизм действия
АфлатоксинОбразует связь с гуанином (ДНК-аддукт) после метаболической активации в печени
ТрихотеценыИнгибируют синтез белка
ЗеараленонОбразует связь с эстрогенными рецепторами у млекопитающих
ОхратоксиныБлокируют синтез белков
Алкалоиды спорыньиОбразуют связь с адренергическими, допаминергическими и серотониновыми рецепторами
ФумонизиныИнгибирует синтез церамидов (биосинтез сфинголипидов)

На некоторые органы и системы микотоксины оказывают прямое токсическое действие, например, на печень, нервную систему, почки, кожу, сердечно-сосудистую, репродуктивную и иммунную системы. Ненаправленное действие проявляется канцерогенностью, тератогенностью и мутагенезом.6,10,13,17

Микотоксины всасываются через желудочно-кишечный тракт (ЖКТ), легкие, кожу и другие органы, например, глаза.17 В ЖКТ абсорбция микотоксинов может происходить во рту и пищеводе (минимальное всасывание), а также в желудке и тонком кишечнике. В желудке абсорбция, как правило, находится во взаимосвязи с содержанием фракции недиссоциированных контаминантов, таких как слабые кислоты.17 Максимальное всасывание происходит в тонком отделе кишечника. Некоторое количество микотоксинов также может абсорбироваться в толстом кишечнике.9,10,17

Микотоксины, которые обычно переносятся с пылью, поглощаются в альвеолах легких (например, охратоксин А).17

Попав в организм, микотоксины могут распределяться различными путями. Некоторые микотоксины связываются с белками плазмы крови и переносятся в плазме (например, охратоксин А).17,20,23 Микотоксины также могут быть липофильными и в этом случае накапливаются в жировой ткани. Липофильные соединения легко преодолевают гематоэнцефалический и плацентарный барьеры.6,13,17 Период полувыведения, или время, необходимое для снижения вдвое начальной концентрации токсина в плазме крови, в случае хронического воздействия может быть очень длительным (период полувыведения охратроксина А у человека составляет более 560 часов).9,17

Выделение микотоксинов может происходить частично, несколькими путями. Обычно полярные и гидрофильные вещества выводятся из организма с мочой через почки. При этом наблюдается накопление микотоксинов в почках, что может приводить к токсическому действию (например, охратоксина А).17

Высокомолекулярные соединения обычно выделяются с желчью. Также экскреция может происходить другими путями, например, при переходе в молоко (афлатоксин B1) и выделении через пот и слюну. Неабсорбированные микотоксины могут выделяться с фекалиями, одновременно оказывая во время прохождения действие на кишечную стенку.17

Источники
  1. Andersson, M. G., Reiter, E. V., Lindqvist, P. -., Razzazi-Fazeli, E., & Häggblom, P. (2011). Comparison of manual and automatic sampling for monitoring ochratoxin A in barley grain. Food Additives and Contaminants - Part A Chemistry, Analysis, Control, Exposure and Risk Assessment, 28(8), 1066-1075.
  2. Antonissen G., Martel A., Pasman F., Ducatelle R., Verbrugghe E., Vandenbrouke V., Shaoji L., Haesebrouck F., Van Immerseel F., & Croubels S. (2014). The Impact of Fusarium Mycotoxins on Human and Animal Host Susceptibility to Infectious Diseases. Toxins (6) 430-452
  3. Berthiller, F., Dall'Asta, C., Schuhmacher, R., Lemmens, M., Adam, G., & Krska, A. R. (2005). Masked mycotoxins: Determination of a deoxynivalenol glucoside in artificially and naturally contaminated wheat by liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 53(9), 3421-3425.
  4. Berthiller, F., Krska, R., Domig, K. J., Kneifel, W., Juge, N., Schuhmacher, R., & Adam, G. (2011). Hydrolytic fate of deoxynivalenol-3-glucoside during digestion. Toxicology Letters, 206(3), 264-267.
  5. Berthiller, F., Schuhmacher, R., Adam, G., & Krska, R. (2009). Formation, determination and significance of masked and other conjugated mycotoxins. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 395(5), 1243-1252.
  6. Bryden, W. L. (2012). Food and feed, mycotoxins and the perpetual pentagram in a changing animal production environment. Animal Production Science, 52(7), 383-397.
  7. Dawlal, P., Barros, E., & Marais, G. J. (2012). Evaluation of maize cultivars for their susceptibility towards mycotoxigenic fungi under storage conditions. Journal of Stored Products Research, 48, 114-119.
  8. Gareis, M., Bauer, J., Thiem, J., Plank, G., Grabley, S., & Gedek, B. (1990). Cleavage of zearalenone-glycoside, a "masked" mycotoxin, during digestion in swine. Journal of Veterinary Medicine, Series B, 37(3), 236-240.
  9. Grenier B., & Applegate T.J., (2013). Modulation of Intestinal Function Following Mycotoxin Ingestion: Meta-Analysis of Published Experiments in Animals. Toxins, 5(2), 396-430
  10. Grenier, B., & Oswald, I. P. (2011). Mycotoxin co-contamination of food and feed: Meta-analysis of publications describing toxicological interactions. World Mycotoxin Journal, 4(3), 285-313.
  11. Opens external link in new windowhttp://www.fao.org/docrep/U3550t/u3550t0e.htm
  12. Huff, W. E., & Doerr, J. A. (1981). Synergism between aflatoxin and ochratoxin A in broiler chickens. Poultry Science, 60(3), 550-555.
  13. Krska R. (2016) Introduction to the mycotoxin issue. Mycotoxin Summer Academy – IFA Tulln
  14. Kubena, L. F., Edrington, T. S., Harvey, R. B., Buckley, S. A., Phillips, T. D., Rottinghaus, G. E., & Casper, H. H. (1997). Individual and combined effects of fumonisin B1 present in Fusarium moniliforme culture material and T-2 toxin or deoxynivalenol in broiler chicks. Poultry Science, 76(9), 1239-1247.
  15. Labuda R. Taxonomy of Toxigenic Fungi. Mycotoxin Summer Academy – IFA Tulln
  16. Lancova, K., Hajslova, J., Poustka, J., Krplova, A., Zachariasova, M., Dostalek, P., & Sachambula, L. (2008). Transfer of Fusarium mycotoxins and 'masked' deoxynivalenol (deoxynivalenol-3-glucoside) from field barley through malt to beer. Food Additives and Contaminants - Part A Chemistry, Analysis, Control, Exposure and Risk Assessment, 25(6), 732-744.
  17. Lemmens M., (2016). Mycotoxin Summer Academy – Module 1. IFA Tulln
  18. Miraglia, M., De Santis, B., Minardi, V., Debegnach, F., & Brera, C. (2005). The role of sampling in mycotoxin contamination: an holistic view. Food Additives and Contaminants, 22(SUPPL. 1), 31-36.
  19. Pinton P., & Oswald I.P., (2014). Effects of Deoxynivalenol and Other Type B Trichothecenes on the intestine: A Review. Toxins (6) 1615-1643
  20. Richard, J. L. (2007). Some major mycotoxins and their mycotoxicoses-an overview. International Journal of Food Microbiology, 119(1-2), 3-10.
  21. Robens, J., & Cardwell, K. (2003). The costs of mycotoxin management to the USA: Management of aflatoxins in the United States. Journal of Toxicology - Toxin Reviews, 22(2-3), 139-152.
  22. Shephard, G. S., Berthiller, F., Burdaspal, P. A., Crews, C., Jonker, M. A., Krska, R., Lattanzio, V. M. T., MacDonald, S., Malone, R. J., Maragos, C. & Sabino, M. (2012). Developments in mycotoxin analysis: An update for 2010-2011. World Mycotoxin Journal, 6(1), 3-30.
  23. Speijers, G. J. A., & Speijers, M. H. M. (2004). Combined toxic effects of mycotoxins. Toxicology Letters, 153(1), 91-98.
  24. Voss K.A., Smith G.W., & Haschek W.M. (2007). Fumonisins: Toxicokinetics, mechanism of action and toxicity. Animal Feed Science and Technology (137) 299-325.
  25. Weidenbörner, M. (2007) Mycotoxins in Feedstuffs, Springer-Verlag, New York.
  26. Wu, F. (2007). Measuring the economic impacts of Fusarium toxins in animal feeds. Animal Feed Science and Technology, 137(3-4), 363-374.
  27. Opens external link in new windowhttp://www.ars.usda.gov/is/graphics/photos/jul00/k8931-2.htm