MIKOTOKSYNY metabolity wtrne grzybw mikroskopowych wykazujce dziaanie toksyczne

MIKOTOKSYNY - metabolity wtórne grzybów mikroskopowych wykazujące działanie toksyczne dla człowieka, zwierząt, roślin i drobnoustrojów

ZNANE CHOROBY LUDZKIE I ZWIERZĘCE WYWOŁYWANE PRZEZ METABOLITY GRZYBOWE ŻYWIENIOWA BIAŁACZKA TOKSYCZNA (ANG. ALIMENTARY TOXIC ALEUKIA ATA) ENDEMICZNA NEFROPATIA BAŁKAŃSKA TURKEY X DISEASE

ŻYWIENIOWA BIAŁACZKA TOKSYCZNA (ANG. ALIMENTARY TOXIC ALEUKIA - ATA) Podczas II wojny światowej na Syberii wystąpiły zatrucia produktami zbożowymi objawiające się m. in. owrzodzeniami na skórze i śluzówce jamy ustnej, wymiotami, gorączką, porażeniem układu nerwowego. Dotknęły one ok. 10% ludności, z czego 60% ze skutkiem śmiertelnym. Choroba miała charakter endemiczny i związana była ze spożyciem placków wypieczonych z ziarna, które przezimowało pod śniegiem. Przyczyną okazały się rosnące na ziarnie toksynotwórcze grzyby z rodzaju Fusarium, produkujące metabolity – trichoteceny, wśród których silne działanie wykazuje toksyna T-2. Te same substancje są do dzisiaj przyczyną licznych zatruć zwierząt w różnych krajach.

ENDEMICZNA NEFROPATIA BAŁKAŃSKA Jest to nieuleczalna choroba nerek, prowadząca często do powstawania nowotworów dróg moczowych. Zaobserwowano ją po drugiej wojnie światowej w krajach bałkańskich. W rejonach endemicznych, np. w byłej Jugosławii, dotyka ona ok. 4% ludności. Za jej główną przyczynę uznano metabolit grzyba Aspergillus – ochratoksynę A, która silnie uszkadza nerki. Toksyna powstaje w czasie magazynowania ziarna zbóż i z paszą przedostaje się do mięsa trzody i wyrobów mięsnych, szczególnie produkowanych z podrobów, a także wędlin. Identyczne objawy obserwuje się u świń spożywających skażoną paszę.

TURKEY X DISEASE W roku 1960 spowodowała ona śmierć ponad 100 tys. indyków – przyczyniając się do poważnych strat ekonomicznych. Później zachorowały młode kaczki, kuropatwy i pstrągi. Najbardziej widoczną patologiczną zmianą były nowotwory wątroby Choroba ta zainspirowała badaczy do bliższego poznania metabolitów grzybowych Przyczyną okazały się , obecne w skażonej paszy (brazylijskiej mączce z orzeszków ziemnych) – aflatoksyny, metabolity grzyba Aspergillus flavus. Dead turkeys at the farm W ostatnich latach, endemiczne występowanie nowotworów wątroby u ludzi i zwierząt domowych na skutek spożywania orzechów arachidowych zawierających aflatoksynę, stwierdzono w wielu wioskach w Indiach i w Kenii.

MIKOTOKSYKOZY - choroby wywoływane przez MIKOTOKSYNY spożyte wraz z paszą i żywnością powodujące uszkodzenia tkanek i komórek oraz zaburzenia metabolizmu organizmu - z organizmu gospodarza nie izoluje się patogennego grzyba Ponadto grzyby mogą wywoływać: MIKOZY ALERGIE

SPEKTRUM AKTYWNOŚCI MIKOTOKSYN: DZIAŁANIE ZOOTOKSYCZNE => człowiek i zwierzęta DZIAŁANIE FITOTOKSYCZNE => rośliny DZIAŁANIE ANTYBIOTYCZNE => drobnoustroje: bakterie i grzyby

PODZIAŁ MIKOTOKSYN Z PUNKTU WIDZENIA PRAKTYKI ROLNICZEJ 1. Mikotoksyny powstające w wyniku chorób roślin przed żniwami, wytwarzane przez szczepy fitopatogenne (głównie z rodzaju Fusarium) trichoteceny i zearalenon 2. Mikotoksyny powstające w trakcie niewłaściwego przechowywania ziarna zbóż i nasion roślin oleistych wytwarzane przez szczepy saprotroficzne (głównie z rodzaju Aspergillus i Penicillium) aflatoksyny, ochratoksyna A, cytrynina i patulina ROŚLINY SĄ ZNACZNIE MNIEJ WRAŻLIWE NA TE TOKSYNY W PORÓWNANIU ZE ZWIERZĘTAMI

EFEKTY ODDZIAŁYWANIA MIKOTOKSYN NA ROŚLINY • zaburzenia w pobieraniu składników pokarmowych oraz w fotosyntezie, powodujące obniżenie plonu całkowitego (np. obniżenie ilości ziaren w kłosach zbóż); • zaburzenie w biosyntezie skrobi i białek (obniżenie jakości uzyskiwanego materiału roślinnego) • zaburzenie w procesach symbiozy (np. mikoryzy) • mutacje somatyczne (zniekształcenia tkanek) oraz generatywne (obniżenie siły i energii kiełkowania nasion) • nekrozy tkanek prowadzące do obumierania roślin

MIKOTOKSYKOZY. OSTRE występują po spożyciu dużej dawki toksyn w krótkim czasie (występują rzadko) PRZEWLEKŁE (znacznie groźniejsze!) są wynikiem przyjmowania małych dawek toksyn przez dłuższy czas - dochodzi do upadku całego - mogą przejawiać się zmniejszenie przyrostów masy, gorszym wykorzystaniem paszy, zmniejszeniem odporności na choroby, uszkodzeniem wątroby, nerek i innych narządów stada lub dużego procentu zwierząt - nie dochodzi do upadków zwierząt. Z organizmu gospodarza nie izoluje się patogenów!

EFEKTY ODDZIAŁYWANIA MIKOTOKSYN NA ZWIERZĘTA I LUDZI DERMATOTOKSYCZNE ESTROGENNE IMMUNOSUPRESYJNE HEPATOTOKSYCZNE KANCEROGENNE MUTAGENNE NEFROTOKSYCZNE NEUROTOKSYCZNE PULMOTOKSYCZNE TERATOGENNE

WŁAŚCIWOŚCI MIKOTOKSYN • Są zróżnicowane pod względem chemicznym (patrz poprzedni wykład) • Wykazują właściwości słabo polarne • Są ciepłostabilne, nie są niszczone podczas pasteryzacji • Niska temperatura środowiska nie hamuje produkcji mikotoksyn, a w przypadku grzybów z rodzaju Fusarium nawet wzmaga ich tworzenie

NAJWAŻNIEJSI PRODUCENCI MIKOTOKSYN Grzyby wytwarzające najbardziej znaczące mikotoksyny z punktu widzenia toksykologicznego i ekonomicznego w skali światowej należą do rodzajów: Fusarium sp. Aspergillus sp. Penicillium sp.

Fusarium sp. Grzyby należące do tego rodzaju wytwarzają obfitą grzybnię o strukturze luźnej, charakteryzującej się jaskrawą barwą: pomarańczową, czerwoną, fioletową, czasami białą. Wytwarzają charakterystyczne makrokonidia, które są grubościenne, wielokomorowe o kształcie sierpowatym lub łukowato wygiętym. Wytwarzane przez nie mikotoksyny są jednymi z częściej występujących w płodach rolnych, przede wszystkim w ziarnie zbóż. Do najbardziej toksynotwórczych gatunków na świecie należą: F. culmorum i F. graminearum. W naszych warunkach klimatycznych mają one największe znaczenie. Są one producentami trichotecenów (do których należą m. in. toksyna T-2, deoksyniwalenol, nivalenol, acetylodeoksyniwalenol) oraz zearalenon – mikotoksyny te uważa się za najgroźniejsze substancje toksyczne kumulowane w ziarnie zbóż. F. moniliforme produkuje m. in. fumonizyny, fusarynę, moniliforminę i kwas fusariowy, a F. proliferatum wytwarza fumonizyny, bowerycynę, moniliforminę i fuzaproliferynę.

Aspergillus sp. Potocznie nazywane są kropidlakami, ponieważ charakteryzują się główkowatym zakończeniem konidioforu, z którego wyrasta masa drobnych konidiów. Najważniejszym gatunkiem toksynotwórczym jest Aspergillus flavus. Jest grzybem saprotroficznym, wstępującym przede wszystkim w glebie, w magazynach i w przechowywanych płodach. Rozwija się na paszach wysokobiałkowych. Optymalna temperatura wzrostu wynosi ~28 o. C. Produkuje toksyczne metabolity – aflatoksyny. Inne gatunki toksynotwórcze to: A. clavatus – produkuje klawacynę (patulinę) A. fumigatus - wytwarza fumigalinę, gliotoksynę, kwas helwolowy.

Penicillium sp. Charakteryzują się tworzeniem pędzelkowatych konidioforów, o budowie przypominającej pędzel. Dlatego potocznie nazywa się je pędzlakami. Rozwijają się w niskich temperaturach ~8 o. C , są osmotolerancyjne, dlatego występują na kiszonkach przetrzymywanych w miejscu skarmiania zwierząt. Wraz z pleśniami z rodzaju Aspergillus zaliczane są do tzw. „pleśni magazynowych” , ponieważ rosną na magazynowanych surowcach roślinnych nie w pełni wysuszonych (np. zbożach). Grzyby z tego rodzaju wytwarzają zarówno substancje antybiotyczne, jak i związki toksyczne. Mikotoksyny produkowane przez Penicillium najczęściej są obecne w niedosuszonych paszach zawierających dużo węglowodanów (siano, słoma, śruta). Do gatunków toksynotwórczych należą: P. expansum i P. urticae – wytwarzają patulinę (klawacynę) i kwas penicylinowy P. terrestre i P. grizeofulvum – produkują patulinę i gryzeofulwinę.

Mikotoksyny, które są najbardziej istotne w przechowalnictwie, obrocie i w przetwórstwie żywności: TRICHOTECENY (DEOKSYNIWALENOL I POCHODNE) ZEARALENON FUMONIZYNY AFLATOKSYNY OCHRATOKSYNY CYTRYNINA PATULINA

TOKSYNY FUZARYJNE TRICHOTECENY ZEARALENON FUMONIZYNY

TRICHOTECENY Jest to grupa metabolitów tworzona przede wszystkim przez gatunki F. culmorum i F. graminearum. W płodach rolniczych najczęściej występują: toksyna T-2 i HT-2, diacetoksyscirpenol , trichotecen, trichodermina, deoksyniwalenol (DON), niwalenol, fuzarenon, acetylodeoksyniwalenol, trichotecyna, rorydryna A, werukaryna A. Najistotniejszym metabolitem z toksykologicznego punktu widzenia jest DON. Występuje on najczęściej w kukurydzy w klimacie umiarkowanym lub subtropikalnym. Duże jego stężenie stwierdza się też w pszenicy, jęczmieniu i owsie. Spożywanie skażonej nim żywności powoduje zaburzenia układu pokarmowego, immunologicznego, czy rozrodczego. Ze względu na to, że działa silnie wymiotnie nazywany jest toksyną wymiotną, czyli womitoksyną. Mikotoksyna ta u zwierząt (szczególnie u świń) wywołuje anoreksję, spadek masy ciała oraz działa immunotsupresyjnie.

ZEARALENON Jest wytwarzany przede wszystkim przez F. culmorum i F. graminearum, dlatego często współwystępuje z innymi toksynami fuzaryjnymi (np. z trichotecenami). Intensywnej produkcji toksyny sprzyja temperatura 22 -25°C. Wykrywany jest zarówno w paszach, jak i w żywności pochodzenia roślinnego. Występuje głównie w ziarnie zbóż i kukurydzy oraz w ich przetworach. Dotychczas nie stwierdzono znacznych ilości tej toksyny w krajowym ziarnie. Zearalenon wraz z innymi toksynami wytwarzanymi przez Fusarium, wywołuje silny efekt fitotoksyczny, odgrywając dużą rolę w rozwoju procesu chorobowego roślin zbożowych. U zwierząt hodowlanych toksyna ta powoduje stany zapalne skóry oraz tzw. syndrom estrogeniczny (hiperestrogenizm) przejawiający się zmianami w narządach rodnych , zaburzeniami w reprodukcji, których konsekwencją może być bezpłodność. Najbardziej wrażliwa na zearalenon jest trzoda, u której syndrom estrogeniczny występuje po spożyciu paszy zawierającej 1 -5 mg toksyny w kilogramie. Zawartość 100 mg zearalenonu w kilogramie paszy powoduje natychmiastową całkowitą bezpłodność macior. Hiperestrogenizm może też przejawiać się zaburzeniami przebiegu ciąży i porodu oraz zaburzeniami laktacji. Choroba ta występuje przede wszystkim w krajach, w których ziarno kukurydzy jest głównym ilościowo składnikiem paszy dla trzody (np. Węgry, Francja, południowa Austria, USA, Kanada i Afryka Południowa).

FUMONIZYNY Jest to grupa kilkunastu metabolitów wytwarzanych przez F. verticillioides i F. proliferatum – grzyby polowe, patogeny roślin. F. proliferatum w Polsce występuje sporadycznie, natomiast F. verticillioides – zależnie od warunków sezonu wegetacyjnego kukurydzy. Toksyny są obecne przede wszystkim w ziarnie kukurydzy i produktach jego przetwarzania, przeznaczonych na cele spożywcze (np. płatki kukurydzane) i paszowe. Największe znaczenie ma fumonizyna B 1, która jest najczęściej wykrywaną mikotoksyną w kolbach kukurydzy. W Polsce nie odnotowuje się jej znaczących ilości. Jest fitotoksyną hamującą wzrost siewek roślin, ma działanie kancerogenne dla zwierząt oraz prawdopodobnie dla ludzi, dlatego znajduje się w grupie 2 A w wykazie substancji rakotwórczych. Jej działanie jest wielokierunkowe – neurotoksyczne (rozmiękczenie mózgu – leucoencephalomalacia, choroba prowadząca do śmierci odnotowana u koni ), hepatotoksyczne (uszkodzenia wątroby u koni), pulmotoksyczne (obrzęki płuc u świń), a także nefrotoksyczne.

AFLATOKSYNY CHARAKTERYSTYKA PRODUCENCI WYSTĘPOWANIE WPŁYW NA CZŁOWIEKA I ZWIERZĘTA DOPUSZCZALNA ZAWARTOŚĆ W PRODUKTACH

AFLATOKSYNY Charakterystyka Obecnie znanych jest sześć aflatoksyn: B 1, B 2, G 1, G 2, B 1 i M 2 oraz kilkanaście ich pochodnych. Toksyny M 1 i M 2 powstają w wyniku przekształcenia aflatoksyny B 1, i B 2, w organizmie zwierzęcia karmionego skażoną paszą i są wydalane z mlekiem. W płodach rolnych najczęściej występuje aflatoksyna B 1 Producenci: Aspergillus flavus, A. parasiticus. Występowanie: orzeszki arachidowe, nasiona bawełny, ziarna kukurydzy, zbóż, słonecznika, pasze wysokobiałkowe, ziarna kakaowca, przyprawy (głównie papryka i chilli) Aflatoksyna B 1 wytwarzana jest głównie w surowcach roślinnych magazynowanych w warunkach podwyższonej wilgotności (powyżej 15%) i temperaturze ok. 30 OC. W krajach o chłodniejszym klimacie (również w Polsce) zagrożeniem mogą być importowane surowce, produkty i składniki pasz. . Wpływ na człowieka i zwierzęta: Aflatoksyna B 1 jest związkem silnie hepatotoksycznym i kancerogennym (znajduje się w grupie 1 w wykazie substancji rakotwórczych), ponadto działa neurotoksycznie, pulmotoksycznie i kardiotoksycznie. Wrażliwe są młode zwierzęta hodowlane, najczęściej ulega zatruciu trzoda chlewna, bydło, drób (głównie kaczki). DL 50 (dawka letalna powodująca śmierć połowy populacji) po spożyciu toksyny drogą pokarmową wynosi: 5 – 10 mg/kg Dopuszczalna zawartość w produktach: produkty przeznaczone bezpośrednio do spożycia: aflatoksyna B 1 – 2 µg/kg produktu aflatoksyny (suma) – 4 µg/kg produktu mleko surowe i spożywcze: aflatoksyna M 1 0, 05 µg/kg produktu

OCHRATOKSYNY CHARAKTERYSTYKA PRODUCENCI WYSTĘPOWANIE WPŁYW NA CZŁOWIEKA I ZWIERZĘTA

OCHRATOKSYNY Charakterystyka: Są to nefrotoksyny, które najczęściej są wykrywane w surowcach roślinnych uprawianych w regionach o umiarkowanym klimacie. Najpowszechniej występuje ochratoksyna A. Podobne działanie ma cytrynina obecna w paszach powodujących choroby nerek u trzody, występująca w niektórych próbach razem z ochratoksyną A, dlatego te toksyny często omawiane są razem. Producenci: W Europie i Ameryce Północnej ochratoksynę A wytwarza głównie Penicillium verrucosum, w regionach tropikalnych i subtropikalnych jej producentami są pleśnie z rodzaju Aspergillus, przede wszystkim A. ochraceus. Niektóre izolaty równocześnie wytwarzają ochratoksynę A i cytryninę. Występowanie: Ochratoksyna A występuje w ziarnie zbóż, w mieszankach paszowych i śrutach w wielu krajach świata. Najczęściej występuje w życie, owsie i pszenicy, rzadziej w jęczmieniu i kukurydzy. W Polsce nie stwierdzono do tej pory stężeń, które mogą wywoływać padnięcia (średni poziom ochratoksyny A wynosił ok. 200 μg/kg). Sporadycznie wykrywano ją w ilościach 1 -2 mg/kg, mogących powodować straty w produkcji drobiu i trzody. Wpływ na człowieka i zwierzęta: zwierzęta Poza aflatoksynami, ochratoksyny A uznane są za największe zagrożenie dla zdrowia człowieka i produkcji zwierzęcej. Jej szkodliwość wynika przede wszystkim z nieodwracalnego uszkadzania nefronów. Wrażliwe są przede wszystkim trzoda i drób. Zmiany dotyczą przede wszystkim nerek (nefropatia) i wątroby, występuje też zmniejszenie przyrostów masy ciała, zaburzenia w reprodukcji. Ponadto jest to związek rakotwórczy, teratogenny i immunosupresyjny.

PATULINA (KLAWACYNA) CHARAKTERYSTYKA PRODUCENCI WYSTĘPOWANIE WPŁYW NA CZŁOWIEKA I ZWIERZĘTA DOPUSZCZALNA ZAWARTOŚĆ W PRODUKTACH

PATULINA (KLAWACYNA) Charakterystyka: Patulinę wyizolowano po raz pierwszy w 1941 r. z kultury grzyba Penicillium patulum jako antybiotyk. Jednak jest ona toksyczna również dla człowieka i zwierząt, ponieważ łatwo wchodzi w połączenia z białkami i kwasami nukleinowymi. W żywności i paszach jest szybko unieczynniana. Występowanie: Patulina zanieczyszcza różne owoce (przede wszystkim jabłka porażone mokrą zgnilizną, rzadziej gruszki, winogrona, morele, banany) oraz ich przetwory (sok z jabłek i wina owocowe z jabłek). Gromadzi się w częściach owocu porażonego przez grzyba. W trakcie przerobu jabłek przechodzi do soków, koncentratów owocowych i innych przetworów. Producenci: Patulina wytwarzana jest zarówno przez pleśnie należące do rodzaju Aspergillus (A. clavatus, A. terreus), jak i Penicillium (P. expansum, P. cyclopium). Niektóre z tych grzybów wytwarzają także cytryninę. Są to saprotrofy rozwijającymi się przy dużej wilgotności względnej (80 -90%). Jako producent tej toksyny, największe znaczenie ma P. expansum, który często występuje w psujących się owocach: jabłkach, gruszkach i warzywach, oraz warzywach np. pomidorach dotkniętych brązową zgnilizną.

PATULINA (KLAWACYNA) Wpływ na człowieka i zwierzęta: Patulina jest toksyną o szerokim działaniu - antybiotycznym (m. in. na Escherichia coli , Staphylococcus aureus, grzyby z rodzaju Rhizopus), fitotoksycznym (hamuje wzrost siewek pszenicy, ogórków, grochu i pomidorów), zootoksyczne (teratogenne, hepatotoksyczne, kancerogenne i immunosupresyjne, wywołuje krwawe wylewy w mózgu i płucach, uszkodzenia błon śluzowych i nekrozy jelita cienkiego). Dopuszczalna zawartość w produktach: soki owocowe, napoje alkoholowe otrzymywane z jabłek – 50 µg/L produkty z jabłek (kompoty, musy) przeznaczone do bezpośredniego spożycia – 25 µg/L (25 µg/ L)

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA SYNTEZĘ TOKSYN WILGOTNOŚĆ SUROWCA ROŚLINNEGO I OTACZAJĄCEJ ATMOSFERY TEMPERATURA OTOCZENIA MIKROFLORA TOWARZYSZĄCA

WILGOTNOŚĆ SUROWCA ROŚLINNEGO I OTACZAJĄCEJ ATMOSFERY Badania prowadzone nad różnymi toksynami wykazały, że produkcji mikotoksyn najbardziej sprzyja wilgotność względna powietrza (WWP) przekraczająca 70%, natomiast surowca roślinnego – powyżej 15%.

TEMPERATURA OTOCZENIA Temperatura, przy której szczepy wytwarzają toksyny, często różni się od wartości optymalnej dla wzrostu grzybni.

MIKROFLORA TOWARZYSZĄCA Równoczesny rozwój różnych grzybów strzępkowych np. na ziarnie zbóż, czy w paszy, może hamować zarówno wzrost grzybni producenta, jak i ilość wytwarzanej toksyny. Jeśli na przykład Aspergillus flavus, rośnie w towarzystwie pleśni takich jak: A. niger, A. chevalieri, A. candidus i Trichoderma viride, to produkuje znacznie mniej aflatoksyny albo może całkowicie utracić tę właściwość. Na szczególną uwagę zasługują grzyby z rodzaju Trichoderma. Jeżeli współwystępują z producentami w danym środowisku, powodują u nich istotne hamowanie (nawet w 95%) syntezy toksycznych metabolitów. Do mikroorganizmów ograniczających produkcję mikotoksyn należą także bakterie mlekowe z rodzaju Lactobacillus.

ZAPOBIEGANIE TWORZENIU SIĘ MIKOTOKSYN 1. OGRANICZENIE DOSTĘPU GRZYBNI DO SUBSTANCJI ODŻYWCZYCH ZAWARTYCH W ZIARNIE a) stosowanie odpowiednich zabiegów podczas uprawy: np. wprowadzenie płodozmianów, stosowania nawozów sztucznych, przestrzeganie okresów wysiewu ziarna, stosowania fungicydów i roślinnych olejków eterycznych, nadzoru obecności owadów, gryzoni, chwastów, stosowania roślin GMO czy wprowadzenia konkurencyjnych szczepów grzybów pleśniowych niebędących producentami mikotoksyn. z b) właściwe zbiory: zsynchronizowanie żniw z fizjologicznym stanem roślin oraz technologią zbioru, czyszczenie ziarna i zapobieganie kontaktu glebą, poziom wilgoci przed i podczas magazynowania, kontrolowanie temperatury materiału roślinnego i otoczenia

ZAPOBIEGANIE TWORZENIU SIĘ MIKOTOKSYN 2. OBNIŻENIE POZIOMU MIKOTOKSYN (DETOKSYKACJA PASZ) a) metody mechaniczne: czyszczenie lub ręczne sortowanie ziarna, b) metody fizyczne: dezaktywacja mikotoksyn z wykorzystaniem wysokiej temperatury lub promieniowania, c) metody chemiczne: ekstrakcja rozpuszczalnikami lub degradacja chemiczna (propionowy, amoniak, wodorotlenek sodu, nadtlenek wodoru, wodorosiarczyny) e) wykorzystanie materiałów mineralnych o właściwościach adsorpcyjnych (glinki, bentonity czy glinokrzemiany) d) metody biologiczne – stosowanie enzymów w celu przekształcenia ich w nietoksyczne formy pochodne, biotransformacja toksyn, wykorzystanie mikroorganizmów probiotycznych (odpowiednia struktura ściany komórkowej).