Микотоксин (от греческого μύκης mykes «гриб» и τοξικός toxikos «ядовитый») [1] [2] представляет собой токсичный вторичный метаболит, продуцируемый грибами [3] [4] и способный вызывать заболевания и смерть как люди и другие животные. [5] [6] Термин «микотоксин» обычно обозначает токсичные химические продукты, вырабатываемые грибами, которые легко колонизируют сельскохозяйственные культуры. [7]
Примеры микотоксинов, вызывающих заболевания человека и животных, включают афлатоксин , цитринин , фумонизины , охратоксин А , патулин , трихотецены , зеараленон и алкалоиды спорыньи , такие как эрготамин . [5]
Один вид плесени может продуцировать множество различных микотоксинов, а несколько видов могут продуцировать один и тот же микотоксин. [8]
Большинство грибов являются аэробными (используют кислород) и встречаются почти повсюду в очень небольших количествах из-за крошечного размера их спор . Они потребляют органические вещества везде, где достаточна влажность и температура . При подходящих условиях грибы размножаются колониями , и уровень микотоксинов становится высоким. Причина образования микотоксинов пока не известна; они не необходимы для роста или развития грибов. [9] Поскольку микотоксины ослабляют принимающего хозяина, они могут улучшить среду для дальнейшего размножения грибков. Производство токсинов зависит от окружающей внутренней и внешней среды, и эти вещества сильно различаются по своей токсичности в зависимости от инфицированного организма и его восприимчивости, метаболизма и защитных механизмов. [10]
Афлатоксины представляют собой тип микотоксинов, продуцируемых видами грибов Aspergillus , такими как A. flavus и A. parasiticus . [11] [12] [13] [14] [15] Общий термин «афлатоксин» относится к четырем различным типам вырабатываемых микотоксинов: B 1 , B 2 , G 1 и G 2 . [16] Афлатоксин B 1 , наиболее токсичный, является мощным канцерогеном и напрямую связан с неблагоприятными последствиями для здоровья, такими как рак печени , у многих видов животных. [11] Афлатоксины в значительной степени связаны с товарами, производимыми в тропиках и субтропиках , такими как хлопок , арахис , специи , фисташки и кукуруза . [11] [16]
Охратоксин представляет собой микотоксин, который существует в трех формах вторичного метаболита: A, B и C. Все они продуцируются видами Penicillium и Aspergillus . Эти три формы отличаются тем, что охратоксин B (OTB) представляет собой нехлорированную форму охратоксина A (OTA), а охратоксин C (OTC) представляет собой форму этилового эфира охратоксина A. [17] Aspergillus ochraceus обнаруживается как загрязнитель широкого спектра действия. товаров, включая напитки, такие как пиво и вино. Aspergillus Carbonarius — основной вид, встречающийся на плодах винограда, который выделяет токсин в процессе приготовления сока. [18] ОТА был назван канцерогеном и нефротоксином и связан с опухолями мочевыводящих путей человека, хотя исследования на людях ограничены мешающими факторами . [17] [18]
Цитринин — токсин, который впервые был выделен из Penicillium citrinum , но был идентифицирован более чем в дюжине видов Penicillium и нескольких видах Aspergillus . Некоторые из этих видов используются для производства продуктов питания человека, таких как сыр ( Penicillium camberti ), саке, мисо и соевый соус ( Aspergillus oryzae ). Цитринин связан с болезнью пожелтения риса в Японии и действует как нефротоксин у всех протестированных видов животных. [19] Хотя он связан со многими продуктами питания человека ( пшеница , рис , кукуруза , ячмень , овес , рожь и пищевые продукты, окрашенные пигментом Монаск ), его полное значение для здоровья человека неизвестно. Цитринин может также действовать синергически с охратоксином А, подавляя синтез РНК в почках мышей. [20]
Алкалоиды спорыньи представляют собой соединения, образующиеся в виде токсичной смеси алкалоидов в склероциях видов Claviceps , которые являются обычными возбудителями различных видов трав. Проглатывание склероции спорыньи из зараженных злаков, обычно в виде хлеба, приготовленного из зараженной муки, вызывает эрготизм , человеческую болезнь, исторически известную как «Огонь Святого Антония ». Различают две формы эрготизма: гангренозную, поражающую кровоснабжение конечностей, и судорожную, поражающую центральную нервную систему . Современные методы очистки зерна позволили значительно снизить заболеваемость человека эрготизмом; однако это по-прежнему остается важной ветеринарной проблемой. Алкалоиды спорыньи используются в фармацевтике. [20]
Патулин — это токсин, вырабатываемый видами грибов P. expansum , Aspergillus , Penicillium и Paecilomyces . P. expansum особенно связан с рядом заплесневелых фруктов и овощей , в частности с гниющими яблоками и инжиром. [21] [22] Он разрушается в процессе ферментации и поэтому не содержится в яблочных напитках, таких как сидр . Хотя патулин не оказался канцерогенным, сообщалось, что он повреждает иммунную систему животных. [21] В 2004 году Европейское Сообщество установило ограничения на концентрацию патулина в пищевых продуктах. В настоящее время они составляют 50 мкг/кг во всех концентрациях фруктовых соков, 25 мкг/кг в твердых яблочных продуктах, используемых для непосредственного потребления, и 10 мкг/кг для детских яблочных продуктов, включая яблочный сок. [21] [22]
Токсины фузариоза производятся более чем 50 видами Fusarium и имеют опыт заражения зерна развивающихся злаков, таких как пшеница и кукуруза . [23] [24] Они включают ряд микотоксинов, таких как: фумонизины , которые поражают нервную систему лошадей и могут вызывать рак у грызунов ; трихотецены , которые наиболее сильно связаны с хроническими и смертельными токсическими эффектами у животных и людей ; и зеараленон , который не связан с какими-либо фатальными токсическими эффектами у животных или людей. Некоторые из других основных типов токсинов Fusarium включают: энниатины , такие как боверицин ), бутенолид , эквизетин и фузарины . [25]
Хотя различные лесные грибы содержат ряд ядов, которые определенно являются грибковыми метаболитами, вызывающими серьезные проблемы со здоровьем у людей, они довольно произвольно исключены из дискуссий по микотоксикологии. В таких случаях различие основано на размере гриба-продуцента и намерениях человека. [20] Воздействие микотоксинов почти всегда происходит случайно, тогда как в случае с грибами часто случается неправильная идентификация и проглатывание, вызывающее грибное отравление . Употребление в пищу ошибочно идентифицированных грибов, содержащих микотоксины, может привести к галлюцинациям. Amanita phalloides , продуцирующая циклопептиды , хорошо известна своим токсическим потенциалом и является причиной примерно 90% всех смертей от грибов. [26] Другие первичные группы микотоксинов, обнаруженные в грибах, включают: орелланин , монометилгидразин , дисульфирамоподобные, галлюциногенные индолы, мускариновые, изоксазоловые и желудочно-кишечные раздражители. [27] Основная часть этой статьи посвящена микотоксинам, которые содержатся в микрогрибах, помимо ядов грибов или макроскопических грибов. [20]
Здания являются еще одним источником микотоксинов, а люди, живущие или работающие в районах с плесенью, повышают вероятность неблагоприятных последствий для здоровья. Плесень, растущую в зданиях, можно разделить на три группы – первичные, вторичные и третичные колонизаторы. Каждая группа классифицируется по способности расти при определенных требованиях к активности воды. Стало трудно выявить продукцию микотоксинов домашними плесенями по многим параметрам, например: (i) они могут быть замаскированы под производные, (ii) они плохо документированы и (iii) тот факт, что они могут производить различные метаболиты на строительные материалы. Некоторые микотоксины в помещении продуцируются Alternaria , Aspergillus (множественные формы), Penicillium и Stachybotrys . [28] Stachybotryschartarum содержит большее количество микотоксинов, чем другие плесени, выращиваемые в помещении, и вызывает аллергию и воспаление дыхательных путей. [29] Заражение S.chartarum в зданиях, содержащих гипсокартон, а также на потолочных плитках, очень распространено и в последнее время стало более признанной проблемой. Когда гипсокартон неоднократно подвергался воздействию влаги, S.chartarum легко растет на его целлюлозной поверхности. [30] Это подчеркивает важность контроля влажности и вентиляции в жилых домах и других зданиях. Негативное воздействие микотоксинов на здоровье зависит от концентрации , продолжительности воздействия и чувствительности субъекта. Концентрации, наблюдаемые в обычном доме, офисе или школе, часто слишком низки, чтобы вызвать реакцию со стороны здоровья жильцов.
В 1990-е годы обеспокоенность общественности по поводу микотоксинов возросла после многомиллионных выплат по урегулированию споров с токсичной плесенью . Судебные иски были поданы после того, как исследование Центра по контролю заболеваний (CDC) в Кливленде, штат Огайо , выявило связь между микотоксинами из спор Stachybotrys и легочными кровотечениями у младенцев. Однако в 2000 году на основе внутренних и внешних проверок своих данных CDC пришел к выводу, что из-за недостатков в их методах связь не была доказана. В исследованиях на животных было показано, что споры Stachybotrys вызывают легочные кровотечения, но только в очень высоких концентрациях. [31]
В одном исследовании Центра интегративной токсикологии Мичиганского государственного университета изучались причины заболеваний, связанных с сыростью зданий (DBRI). Они обнаружили, что Stachybotrys, возможно, является важным фактором, способствующим DBRI. На данный момент модели на животных показывают, что воздействие S.chartarum на дыхательные пути может вызвать аллергическую сенсибилизацию, воспаление и цитотоксичность в верхних и нижних дыхательных путях. Токсичность трихотецена, по-видимому, является основной причиной многих из этих побочных эффектов. Недавние данные показывают, что эти симптомы могут вызывать более низкие дозы (в исследованиях обычно используются высокие дозы). [29]
Некоторые токсикологи использовали показатель концентрации, не вызывающей токсикологического риска (CoNTC), для представления концентрации в воздухе микотоксинов, которые, как ожидается, не будут представлять опасности для человека (постоянно подвергаются воздействию в течение 70 лет жизни). Полученные данные нескольких исследований на данный момент продемонстрировали, что общее воздействие микотоксинов, передающихся по воздуху, в застроенных помещениях ниже CoNTC, однако в сельскохозяйственной среде есть потенциал для производства уровней, превышающих CoNTC. [32]
Микотоксины могут появляться в пищевой цепи в результате грибкового заражения сельскохозяйственных культур либо при поедании в пищу человеком, либо при использовании в качестве корма для скота.
В 2004 году в Кении 125 человек умерли и почти 200 другим потребовалась медицинская помощь после употребления в пищу кукурузы, загрязненной афлатоксином . [33] Смертность в основном была связана с кукурузой, выращенной в домашних условиях, которая не была обработана фунгицидами или должным образом не высушена перед хранением. Из-за нехватки продовольствия в то время фермеры, возможно, собирали кукурузу раньше обычного, чтобы предотвратить кражи с полей, поэтому зерно не полностью созрело и было более восприимчиво к инфекции.
Специи являются чувствительным субстратом для роста микотоксигенных грибов и продукции микотоксинов. [34] Красный перец чили, черный перец и сухой имбирь оказались наиболее загрязненными специями. [34]
Физические методы предотвращения роста грибов, продуцирующих микотоксины, или удаления токсинов из зараженной пищи включают контроль температуры и влажности, облучение и фотодинамическую обработку. [35] Микотоксины также можно удалить химическим и биологическим путем с использованием противогрибковых/антимикотоксиновых средств и противогрибковых растительных метаболитов . [35]
Диморфные грибы , к которым относятся Blastomyces dermatitidis и Paracoccidioides brasiliensis , являются известными возбудителями эндемических системных микозов . [36]
Вспышки употребления корма для собак, содержащего афлатоксин, произошли в Северной Америке в конце 2005 и начале 2006 года [37] , а затем снова в конце 2011 года. [38]
Микотоксины в кормах для животных, особенно в силосе , могут снизить продуктивность сельскохозяйственных животных и потенциально привести к их гибели. [39] [4] Некоторые микотоксины снижают надои молока при попадании в организм молочного скота . [39]
Загрязнение лекарственных растений микотоксинами может привести к неблагоприятным проблемам со здоровьем человека и поэтому представляет особую опасность. [40] [41] Сообщалось о многочисленных природных проявлениях микотоксинов в лекарственных растениях и лекарственных травах [42] [43] из различных стран, включая Испанию, Китай, Германию, Индию, Турцию и Ближний Восток. [40] В ходе анализа пищевых добавок растительного происхождения в 2015 году самые высокие концентрации микотоксинов были обнаружены в добавках на основе расторопши — до 37 мг/кг. [44]
Некоторые из последствий для здоровья, обнаруженных у животных и людей, включают смерть, определяемые заболевания или проблемы со здоровьем, ослабление иммунной системы без специфичности к токсину, а также аллергены или раздражители. Некоторые микотоксины вредны для других микроорганизмов, таких как другие грибы или даже бактерии; пенициллин является одним из примеров. [45] Было высказано предположение, что микотоксины в хранящихся кормах для животных являются причиной редких фенотипических изменений пола у кур, из-за которых они выглядят и ведут себя как самцы. [46] [47] Воздействие микотоксинов на здоровье может быть «очень тяжелым» и подразделяться на три формы «мутагенные, канцерогенные и генотоксичные ». [48]
Микотоксикоз — термин, используемый для обозначения отравлений, связанных с воздействием микотоксинов. Микотоксины могут оказывать как острое, так и хроническое воздействие на здоровье при проглатывании, контакте с кожей, [49] вдыхании и попадании в кровоток и лимфатическую систему. Они ингибируют синтез белка, повреждают системы макрофагов , подавляют клиренс частиц из легких и повышают чувствительность к бактериальному эндотоксину. [30] Тестирование на микотоксикоз можно проводить с использованием иммуноаффинных колонок. [50]
Симптомы микотоксикоза зависят от вида микотоксина; концентрация и продолжительность воздействия; а также возраст, состояние здоровья и пол подвергшегося воздействию человека. [20] Синергетические эффекты, связанные с рядом других факторов, таких как генетика, диета и взаимодействие с другими токсинами, плохо изучены. Таким образом, вполне возможно, что дефицит витаминов, лишение калорий, чрезмерное употребление алкоголя и инфекционное заболевание могут иметь усугубляющиеся последствия для микотоксинов. [20]
Микотоксины очень устойчивы к разложению или расщеплению в процессе пищеварения, поэтому они остаются в пищевой цепи в мясных и молочных продуктах. Даже температурные обработки, такие как приготовление пищи и заморозка, не уничтожают некоторые микотоксины. [51]
В кормовой и пищевой промышленности стало обычной практикой добавлять агенты, связывающие микотоксины, такие как монтмориллонит или бентонитовая глина, для эффективной адсорбции микотоксинов. [52] Чтобы обратить вспять неблагоприятное воздействие микотоксинов, для оценки функциональности любой связывающей добавки используются следующие критерии:
Поскольку не все микотоксины могут быть связаны с такими агентами, новейшим подходом к контролю над микотоксинами является дезактивация микотоксинов. С помощью ферментов ( эстеразы , деэпоксидазы), дрожжей ( Trichosporon mycotoxinvorans ) или бактериальных штаммов ( Eubacterium BBSH 797, разработанных компанией Biomin ) можно снизить уровень микотоксинов во время загрязнения перед сбором урожая. Другие методы удаления включают физическое разделение, промывку, измельчение, никстамализацию , термическую обработку, облучение, экстракцию растворителями и использование химических или биологических агентов. Методы облучения доказали свою эффективность в борьбе с ростом плесени и выработкой токсинов. [52]
Многие международные агентства пытаются добиться всеобщей стандартизации нормативных пределов содержания микотоксинов. В настоящее время более чем в 100 странах действуют правила, касающиеся микотоксинов в кормовой промышленности, в которых вызывают беспокойство 13 микотоксинов или групп микотоксинов. [53] Процесс оценки регулируемого микотоксина включает в себя широкий спектр лабораторных исследований, включая экстракцию, очистку колонок [54] и методы разделения. [55] Большинство официальных правил и методов контроля основаны на высокоэффективных жидкостных методах (например, ВЭЖХ ) международных организаций. [55] Подразумевается, что любые правила, касающиеся этих токсинов, будут согласовываться с правилами любых других стран, с которыми существует торговое соглашение. Многие стандарты анализа эффективности методов на микотоксины установлены Европейским комитетом по стандартизации (CEN). [55] Однако следует отметить, что на научную оценку рисков обычно влияют культура и политика, которые, в свою очередь, влияют на правила торговли микотоксинами. [56]
Пищевые микотоксины широко изучались во всем мире на протяжении всего 20 века. В Европе нормативные уровни ряда микотоксинов, разрешенные в пищевых продуктах и кормах для животных, установлены рядом европейских директив и правил ЕС . Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США регулирует и обеспечивает соблюдение ограничений на концентрацию микотоксинов в пищевой и кормовой промышленности с 1985 года. FDA контролирует эти отрасли с помощью различных программ соответствия, чтобы гарантировать, что микотоксины сохраняются на практическом уровне. В рамках этих программ соответствия отбираются продукты питания, включая арахис и продукты из арахиса, древесные орехи, кукурузу и кукурузные продукты, семена хлопка и молоко. До сих пор недостаточно данных надзора за некоторыми микотоксинами, встречающимися в США [57].
• Результаты этого исследования позволяют предположить, что специи являются чувствительным субстратом для роста микотоксигенных грибов и дальнейшего образования микотоксинов.
• Красный перец чили, черный перец и сухой имбирь являются наиболее загрязненными специями, в которых AF, OTA и CTN присутствовали в высоких концентрациях.
Увеличение использования лекарственных растений может привести к увеличению поступления микотоксинов, поэтому загрязнение лекарственных растений микотоксинами может способствовать возникновению неблагоприятных проблем со здоровьем человека и, следовательно, представляет особую опасность. О многочисленных природных проявлениях микотоксинов в лекарственных растениях и традиционных лекарственных травах сообщалось из различных стран, включая Испанию, Китай, Германию, Индию, Турцию, а также с Ближнего Востока.
Однако неизбежные примеси, в том числе микотоксины, в лекарственных травах и специях могут вызвать серьезные проблемы для человека, несмотря на их пользу для здоровья.
Наибольшие концентрации микотоксинов обнаружены в добавках на основе расторопши (до 37 мг/кг в сумме).
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )