Микотоксикология — раздел микологии , который занимается анализом и изучением токсинов, вырабатываемых грибами , известных как микотоксины . [1] В пищевой промышленности важно принимать меры, которые поддерживают уровень микотоксинов на максимально низком уровне, особенно те, которые являются термостабильными. Эти химические соединения являются результатом вторичного метаболизма, инициируемого в ответ на определенные сигналы развития или окружающей среды. Сюда входит биологический стресс от окружающей среды, например, недостаток питательных веществ или конкуренция за доступные вещества. По этому вторичному пути гриб производит широкий спектр соединений, чтобы получить определенный уровень преимущества, например, повысить эффективность метаболических процессов, чтобы получить больше энергии из меньшего количества пищи, или атаковать другие микроорганизмы и иметь возможность использовать их останки в качестве источник еды.
Микотоксины производятся грибами и в низких концентрациях токсичны для позвоночных и других групп животных. Низкомолекулярные метаболиты грибов, такие как этанол, токсичные только в высоких концентрациях, не считаются микотоксинами. Грибные яды представляют собой грибковые метаболиты, которые могут вызывать заболевания и смерть людей и других животных; они довольно произвольно исключены из дискуссий по микотоксикологии. Плесень вырабатывает микотоксины; грибы и другие макроскопические грибы образуют грибные яды. Различие между микотоксином и грибным ядом основано не только на размере гриба-продуцента, но и на намерениях человека. Воздействие микотоксинов почти всегда происходит случайно. Напротив, за исключением нескольких жертв микологически совершенных убийц, грибные яды обычно принимают грибные охотники-любители, которые собирали, готовили и ели то, что было ошибочно идентифицировано как безвредный съедобный вид. [2]
Микотоксины трудно определить, а также очень сложно классифицировать. Микотоксины имеют разнообразную химическую структуру, биосинтетическое происхождение, множество биологических эффектов и производят множество различных видов грибов. Классификация обычно отражает подготовку классификатора и не придерживается какой-либо установленной системы. Микотоксины врачи часто классифицируют в зависимости от того, на какой орган они воздействуют. Микотоксины можно разделить на нефротоксины, гепатоксины, иммунотоксины, нейротоксины и т. д. К общим группам, созданным клеточными биологами, относятся тератогены, мутагены, аллергены и канцерогены. Химики-органики пытались классифицировать их по химической структуре (например, лактоны, кумарины); биохимики по их биосинтетическому происхождению (поликетиды, производные аминокислот и т. д.); врачи по вызываемым ими заболеваниям (например, пожар Святого Антония, стахиботриотоксикоз), а микологи по грибам, их продуцирующим (например, токсины аспергилл, токсины пеницилл). Ни одна из этих классификаций не является полностью удовлетворительной. Афлатоксин, например, представляет собой гепатотоксичный, мутагенный, канцерогенный, дифурансодержащий токсин Aspergillus, производный поликетида. Зеараленон представляет собой метаболит Fusarium с мощной эстрогенной активностью; следовательно, помимо того, что его называют (вероятно ошибочно) микотоксином, его также называют фитоэстрогеном, микоэстрогеном и стимулятором роста. [3]
Цитринин : Цитринин был впервые выделен из Penicillium citrinum перед Второй мировой войной; [4] впоследствии он был идентифицирован у более чем дюжины видов Penicillium и нескольких видов Aspergillus (например, Aspergillus terreus и Aspergillus niveus), включая некоторые штаммы Penicillium camberti (используемые для производства сыра) и Aspergillus oryzae (используемые для производства саке). , мисо и соевый соус). [5] Совсем недавно цитринин был также выделен из Monascus Ruber и Monascus Purpureus, промышленных видов, используемых для производства красных пигментов. [6]
Афлатоксины : Афлатоксины были выделены и охарактеризованы после того, как гибель более 100 000 индюшат ( болезнь Х индеек ) была связана с употреблением в пищу арахисовой муки, зараженной плесенью. [7] [8] Четыре основных афлатоксина называются B1, B2, G1 и G2 на основании их флуоресценции под УФ-светом (синий или зеленый) и относительной хроматографической подвижности во время тонкослойной хроматографии. Афлатоксин B1 является наиболее сильным известным природным канцерогеном [9] и обычно является основным афлатоксином, продуцируемым токсигенными штаммами. Он также наиболее изучен: в большом проценте опубликованных статей термин «афлатоксин» можно истолковать как означающий афлатоксин B1. Однако описано более дюжины других афлатоксинов (например, P1, Q1, B2a и G2a), особенно как продуктов биотрансформации основных метаболитов млекопитающих. [10] Классическая книга «Афлатоксин: научная основа, контроль и последствия», опубликованная в 1969 году, до сих пор является ценным ресурсом для обзора истории, химии, токсикологии и сельскохозяйственных последствий исследований афлатоксина.
Фумонизины : Фумонизины были впервые описаны и охарактеризованы в 1988 году. [11] Наиболее широко продуцируемым членом семейства является фумонизин B1. Считается, что они синтезируются путем конденсации аминокислоты аланина в предшественник, полученный из ацетата. [12] Фумонизины продуцируются рядом видов Fusarium, в частности Fusarium verticillioides (ранее Fusarium moniliforme = Gibberella fujikuroi), Fusarium proliferatum и Fusarium nygamai, а также Alternaria alternata f. сп. ликоперсици. [13] [14] Эти грибы сложны в таксономическом отношении, имеют сложную и быстро меняющуюся номенклатуру, которая озадачивает многих немикологов (и некоторых микологов тоже). [15] [16] Основным видом, имеющим экономическое значение, является Fusarium verticillioides, который растет как эндофит кукурузы как в вегетативных, так и в репродуктивных тканях, часто не вызывая у растения симптомов заболевания. Однако при наличии погодных условий, повреждения насекомыми и соответствующего генотипа грибов и растений это может вызвать фитофтороз рассады, гниль стеблей и початков. [17] Fusarium verticillioides присутствует практически во всех образцах кукурузы. [18] Большинство штаммов не производят токсин, поэтому наличие гриба не обязательно означает, что в нем также присутствует фумонизин. [19] Хотя фумонизин B1 фитотоксичен, он не требуется для патогенеза растений. [20] [21]
Охратоксин : Охратоксин А был обнаружен как метаболит Aspergillus ochraceus в 1965 году во время большого скрининга грибковых метаболитов, который был разработан специально для выявления новых микотоксинов. [22] Вскоре после этого он был выделен из коммерческого образца кукурузы в США [23] и признан мощным нефротоксином. Члены семейства охратоксинов были обнаружены в качестве метаболитов многих различных видов Aspergillus, включая Aspergillus alliaceus, Aspergillus auricomus, Aspergillus Carbonarius, Aspergillus glaucus, Aspergillus melleus и Aspergillus niger. [24] [25] [26] Поскольку Aspergillus niger широко используется в производстве ферментов и лимонной кислоты для потребления человеком, важно гарантировать, что промышленные штаммы не являются продуцентами. [27] [28] Хотя в некоторых ранних сообщениях упоминалось несколько видов Penicillium, сейчас считается, что Penicillium verrucosum, распространенный загрязнитель ячменя, является единственным подтвержденным производителем охратоксина в этом роде. [29] [30] Тем не менее, во многих обзорах микотоксинов повторяются ошибочные списки видов.
Патулин : Патулин, 4-гидрокси-4H-фуро[3,2c]пиран-2(6H)-он, вырабатывается многими различными плесенями, но впервые был выделен в качестве противомикробного активного начала в 1940-х годах из Penicillium patulum (позже названного Penicillium). urticae, ныне Penicillium griseofulvum). Тот же метаболит был также выделен из других видов и получил названия клавацин, клавиформин, экспансин, микоин С и пеницидин. [31] Ряд ранних исследований был направлен на изучение его антибиотической активности.дляноса и горла для лечения простуды, и как мазь для лечения грибковых инфекций кожи . и антипротозойной активностью, патулин был токсичен как для растений, так и для животных, что исключало его клиническое использование в качестве антибиотика. В 1960-х годах патулин был реклассифицирован как микотоксин.
Трихотецены : Трихотецены составляют семейство, состоящее из более чем шестидесяти сесквитерпеноидных метаболитов, продуцируемых рядом родов грибов, включая Fusarium, Myrothecium, Phomopsis, Stachybotrys, Trichoderma, Trichothecium и других. [33] [34] [35] Термин трихотецен происходит от трихотецина, который был одним из первых идентифицированных членов семейства. Все трихотецены содержат общий 12,13-эпокситрихотеновый скелет и олефиновую связь с различными заменами боковых цепей. Они обычно встречаются в качестве загрязнителей пищевых продуктов и кормов, а употребление этих микотоксинов может привести к алиментарным кровотечениям и рвоте; прямой контакт вызывает дерматит. [36] [37] [38]
Зеараленон : зеараленон (6-[10-гидрокси-6-оксо-транс-1-ундеценил]-В-резорциклическая кислота лактон), вторичный метаболит Fusarium graminearum (телеоморфа Gibberella zeae), получил тривиальное название зеараленон в виде комбинации G. zeae, лактон резорциловой кислоты, -ен (для наличия двойной связи от C-1' до C-2) и -он для кетона C-6'. [39] Почти одновременно вторая группа выделила, кристаллизовала и изучила метаболические свойства того же соединения и назвала его F-2. [40] [41] Большая часть ранней литературы использует зеараленон и F-2 как синонимы; семейство аналогов известно как зеараленоны и токсины F-2 соответственно. Возможно, потому, что первоначальная работа по этим грибковым макролидам совпала с открытием афлатоксинов, главы, посвященные зеараленону, стали постоянным элементом монографий по микотоксинам (см., например, Мироча и Кристенсен [42] и Бетина [43] ). Тем не менее, слово «токсин» почти наверняка является неправильным, поскольку зеараленон, хотя и обладает биологическим действием, вряд ли является токсичным; скорее, он достаточно похож на 17β-эстрадиол, основной гормон, вырабатываемый яичниками человека, что позволяет ему связываться с рецепторами эстрогена в клетках-мишенях млекопитающих [44]. Зеараленон лучше классифицировать как нестероидный эстроген или микоэстроген. Иногда его называют фитоэстрогеном. О взаимосвязи структура-активность зеараленона и его аналогов см. Hurd [45] и Shier. [46]
