Микотоксин (от греч. μύκης mykes , «гриб» и τοξικός toxikos , «ядовитый») [1] [2] — токсичный вторичный метаболит, вырабатываемый грибами [3] [4] и способный вызывать заболевания и смерть как у людей, так и у других животных. [5] [6] Термин «микотоксин» обычно используется для обозначения токсичных химических продуктов, вырабатываемых грибами, которые легко колонизируют сельскохозяйственные культуры. [7]
Примерами микотоксинов, вызывающих заболевания человека и животных, являются афлатоксин , цитринин , фумонизины , охратоксин А , патулин , трихотецены , зеараленон и алкалоиды спорыньи , такие как эрготамин . [5]
Один вид плесени может продуцировать много разных микотоксинов, а несколько видов могут продуцировать один и тот же микотоксин. [8]
Большинство грибов являются аэробными (используют кислород) и встречаются почти везде в крайне малых количествах из-за крошечного размера их спор . Они потребляют органические вещества везде, где влажность и температура достаточны. При подходящих условиях грибы размножаются в колонии , и уровень микотоксинов становится высоким. Причина выработки микотоксинов пока неизвестна; они не являются необходимыми для роста или развития грибов. [9] Поскольку микотоксины ослабляют принимающего хозяина, они могут улучшить среду для дальнейшего размножения грибов. Выработка 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 — это тип микотоксинов, вырабатываемых грибами рода Aspergillus , такими как A. flavus и A. parasiticus . [11] [12] [13] [14] [15] Общий термин афлатоксин относится к четырем различным типам вырабатываемых микотоксинов: B1 , B2 , G1 и G2 . [ 16] Афлатоксин B1 , 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] По данным Министерства сельского хозяйства США, «они, вероятно, являются наиболее известными и наиболее интенсивно исследуемыми микотоксинами в мире». [17]
Охратоксин — это микотоксин, который существует в трех вторичных метаболитных формах: A, B и C. Все они производятся видами Penicillium и Aspergillus . Три формы отличаются тем, что охратоксин B (OTB) — это нехлорированная форма охратоксина A (OTA), а охратоксин C (OTC) — это этилэфирная форма охратоксина A. [18] Aspergillus ochraceus встречается в качестве загрязнителя широкого спектра товаров, включая такие напитки , как пиво и вино. Aspergillus carbonarius — это основной вид, обнаруженный на виноградных лозах, который выделяет свой токсин в процессе приготовления сока. [19] ОТА был обозначен как канцероген и нефротоксин и был связан с опухолями мочевыводящих путей человека, хотя исследования на людях ограничены сопутствующими факторами . [18] [19]
Цитринин — это токсин, который был впервые выделен из Penicillium citrinum , но был идентифицирован в более чем дюжине видов Penicillium и нескольких видах Aspergillus . Некоторые из этих видов используются для производства продуктов питания человека, таких как сыр ( Penicillium camemberti ), сакэ, мисо и соевый соус ( Aspergillus oryzae ). Цитринин связан с болезнью пожелтения риса в Японии и действует как нефротоксин у всех протестированных видов животных. [20] Хотя он связан со многими продуктами питания человека ( пшеница , рис , кукуруза , ячмень , овес , рожь и продукты, окрашенные пигментом Monascus ), его полное значение для здоровья человека неизвестно. Цитринин также может действовать синергически с охратоксином А, подавляя синтез РНК в почках мышей. [21]
Алкалоиды спорыньи — это соединения, вырабатываемые как токсичная смесь алкалоидов в склероциях видов Claviceps , которые являются распространенными патогенами различных видов трав. Употребление склероций спорыньи из зараженных злаков, обычно в виде хлеба, произведенного из зараженной муки, вызывает эрготизм , заболевание человека, исторически известное как огонь Святого Антония . Существует две формы эрготизма: гангренозная, поражающая кровоснабжение конечностей, и судорожная, поражающая центральную нервную систему . Современные методы очистки зерна значительно снизили эрготизм как заболевание человека; однако это все еще важная ветеринарная проблема. Алкалоиды спорыньи использовались в фармацевтике. [21]
Патулин — это токсин, вырабатываемый грибковыми видами P. expansum , Aspergillus , Penicillium и Paecilomyces . P. expansum особенно ассоциируется с рядом заплесневелых фруктов и овощей , в частности, с гниющими яблоками и инжиром. [22] [23] Он разрушается в процессе ферментации и поэтому не встречается в яблочных напитках, таких как сидр . Хотя не было доказано, что патулин является канцерогенным, сообщалось, что он повреждает иммунную систему у животных. [22] В 2004 году Европейское сообщество установило ограничения на концентрацию патулина в пищевых продуктах. В настоящее время они составляют 50 мкг/кг во всех концентрациях фруктового сока, 25 мкг/кг в твердых яблочных продуктах, используемых для непосредственного употребления, и 10 мкг/кг для детских яблочных продуктов, включая яблочный сок. [22] [23]
Токсины Fusarium вырабатываются более чем 50 видами Fusarium и имеют историю заражения зерна развивающихся злаков, таких как пшеница и кукуруза . [24] [25] Они включают в себя ряд микотоксинов, таких как: фумонизины , которые поражают нервную систему лошадей и могут вызывать рак у грызунов ; трихотецены , которые наиболее тесно связаны с хроническими и фатальными токсическими эффектами у животных и людей; и зеараленон , который не коррелирует 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 . [26]
Хотя различные лесные грибы содержат набор ядов, которые определенно являются грибковыми метаболитами, вызывающими заметные проблемы со здоровьем у людей, они довольно произвольно исключаются из обсуждений микотоксикологии. В таких случаях различие основано на размере производящего гриба и намерении человека. [21] Воздействие микотоксинов почти всегда случайно, тогда как в случае с грибами неправильная идентификация и употребление в пищу, вызывающее отравление грибами, является обычным делом. Употребление в пищу неправильно идентифицированных грибов, содержащих микотоксины, может привести к галлюцинациям. Amanita phalloides , продуцирующая циклопептид , хорошо известна своим токсическим потенциалом и ответственна примерно за 90% всех случаев смерти от грибов. [27] Другие основные группы микотоксинов, обнаруженные в грибах, включают: орелланин , монометилгидразин , дисульфирамоподобные, галлюциногенные индолы, мускариновые, изоксазольные и желудочно-кишечные (ЖКТ) раздражители. [28] Большая часть этой статьи посвящена микотоксинам, которые обнаруживаются в микрогрибах, а не ядам грибов или макроскопических грибов. [21]
Здания являются еще одним источником микотоксинов, и люди, живущие или работающие в районах с плесенью, увеличивают свои шансы на неблагоприятные последствия 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 определить производство микотоксинов плесенью в помещениях по многим параметрам, таким как (i) они могут быть замаскированы как производные, (ii) они плохо документированы и (iii) тот факт, что они, вероятно, производят различные метаболиты на строительных материалах. Некоторые из микотоксинов в среде помещений производятся Alternaria , Aspergillus (множественные формы), Penicillium и Stachybotrys . [29] Stachybotrys chartarum содержит большее количество микотоксинов, чем другие виды плесени, растущие в среде помещений, и ассоциируется с аллергиями и воспалением дыхательных путей. [30] Заражение S. chartarum в зданиях, содержащих гипсокартон, а также на потолочных плитах, является очень распространенным явлением и в последнее время стало более признанной проблемой. Когда гипсокартон неоднократно подвергается воздействию влаги, S. chartarum легко растет на его целлюлозной поверхности. [31] Это подчеркивает важность контроля влажности и вентиляции в жилых домах и других зданиях. Отрицательное воздействие микотоксинов на здоровье является функцией концентрации , продолжительности воздействия и чувствительности субъекта. Концентрации, наблюдаемые в обычном доме, офисе или школе, часто слишком низки, чтобы вызвать реакцию здоровья у жильцов.
В 1990-х годах общественная обеспокоенность микотоксинами возросла после многомиллионных урегулирований токсичной плесени . Судебные иски начались после исследования Центра по контролю и профилактике заболеваний (CDC) в Кливленде, штат Огайо , в котором сообщалось о связи между микотоксинами из спор Stachybotrys и легочным кровотечением у младенцев. Однако в 2000 году на основе внутренних и внешних обзоров своих данных CDC пришел к выводу, что из-за недостатков их методов эта связь не была доказана. Было показано, что споры Stachybotrys в исследованиях на животных вызывают легочное кровотечение, но только при очень высоких концентрациях. [32]
В одном исследовании Центра интегративной токсикологии Мичиганского государственного университета изучались причины заболеваний, связанных с сыростью в зданиях (DBRI). Они обнаружили, что Stachybotrys , возможно, является важным фактором, способствующим DBRI. До сих пор животные модели показывают, что воздействие S. chartarum на дыхательные пути может вызывать аллергическую сенсибилизацию, воспаление и цитотоксичность в верхних и нижних дыхательных путях. Токсичность трихотецена, по-видимому, является основной причиной многих из этих неблагоприятных эффектов. Недавние открытия показывают, что более низкие дозы (исследования обычно включают высокие дозы) могут вызывать эти симптомы. [30]
Некоторые токсикологи использовали показатель Концентрации, не вызывающей токсикологических опасений (CoNTC), чтобы представить концентрацию микотоксинов в воздухе, которая, как ожидается, не представляет опасности для человека (при постоянном воздействии в течение 70 лет жизни). Полученные данные нескольких исследований на данный момент продемонстрировали, что обычное воздействие микотоксинов в воздухе в помещениях зданий ниже CoNTC, однако сельскохозяйственные среды могут производить уровни, превышающие CoNTC. [33]
Микотоксины могут появляться в пищевой цепи в результате грибкового заражения сельскохозяйственных культур , либо при непосредственном употреблении их в пищу человеком, либо при использовании в качестве корма для скота.
В 2004 году в Кении 125 человек умерли, а почти 200 потребовалось медицинское лечение после употребления в пищу кукурузы, зараженной афлатоксином . [34] Смерти в основном были связаны с кукурузой, выращенной в домашних условиях, которая не была обработана фунгицидами или должным образом высушена перед хранением. Из-за нехватки продовольствия в то время фермеры могли собирать кукурузу раньше обычного, чтобы предотвратить кражи с полей, поэтому зерно не успело полностью созреть и было более восприимчиво к инфекции.
Специи являются восприимчивым субстратом для роста микотоксигенных грибков и производства микотоксинов. [35] Красный перец чили, черный перец и сухой имбирь оказались наиболее загрязненными специями. [35]
Физические методы предотвращения роста грибков, продуцирующих микотоксины, или удаления токсинов из зараженной пищи включают контроль температуры и влажности, облучение и фотодинамическую обработку. [36] Микотоксины также можно удалить химическим и биологическим путем с использованием противогрибковых/антимикотоксиновых агентов и противогрибковых растительных метаболитов . [36]
Диморфные грибы , в том числе Blastomyces dermatitidis и Paracoccidioides brasiliensis , являются известными возбудителями эндемичных системных микозов . [37]
Вспышки заболеваний, связанных с кормом для собак, содержащим афлатоксин, наблюдались в Северной Америке в конце 2005 и начале 2006 года [38] , а затем снова в конце 2011 года [39].
Микотоксины в кормах для животных, особенно в силосе , могут снизить производительность сельскохозяйственных животных и потенциально убить их. [40] [4] Некоторые микотоксины снижают надои молока при попадании в организм молочного скота . [40]
Загрязнение лекарственных растений микотоксинами может способствовать возникновению неблагоприятных проблем со здоровьем человека и, следовательно, представляет особую опасность. [41] [42] Сообщалось о многочисленных природных случаях обнаружения микотоксинов в лекарственных растениях и растительных лекарственных средствах [43] [44] из разных стран, включая Испанию, Китай, Германию, Индию, Турцию и страны Ближнего Востока. [41] В анализе пищевых добавок на растительной основе, проведенном в 2015 году, самые высокие концентрации микотоксинов были обнаружены в добавках на основе расторопши — до 37 мг/кг. [45]
Некоторые из последствий для здоровья, обнаруженных у животных и людей, включают смерть, идентифицируемые заболевания или проблемы со здоровьем, ослабленную иммунную систему без специфичности к токсину, а также как аллергены или раздражители. Некоторые микотоксины вредны для других микроорганизмов, таких как другие грибки или даже бактерии; пенициллин является одним из примеров. [46] 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. [47] [48] Влияние микотоксинов на здоровье может быть «очень сильным» и может быть разделено на три категории: «мутагенные, канцерогенные и генотоксичные ». [49]
Микотоксикоз — это термин, используемый для обозначения отравления, связанного с воздействием микотоксинов. Микотоксины могут оказывать как острые, так и хронические эффекты на здоровье при приеме внутрь, контакте с кожей, [50] вдыхании и попадании в кровоток и лимфатическую систему. Они подавляют синтез белка, повреждают макрофагальные системы, подавляют очистку легких от частиц и повышают чувствительность к бактериальному эндотоксину. [31] Тестирование на микотоксикоз можно проводить с использованием иммуноаффинных колонок. [51]
Симптомы микотоксикоза зависят от типа микотоксина; концентрации и продолжительности воздействия; а также возраста, здоровья и пола человека, подвергшегося воздействию. [21] Синергетические эффекты, связанные с несколькими другими факторами, такими как генетика, диета и взаимодействие с другими токсинами, изучены плохо. Поэтому возможно, что дефицит витаминов, нехватка калорий, чрезмерное употребление алкоголя и наличие инфекционных заболеваний могут иметь комбинированные эффекты с микотоксинами. [21]
Микотоксины очень устойчивы к разложению или расщеплению в процессе пищеварения, поэтому они остаются в пищевой цепи в мясе и молочных продуктах. Даже температурная обработка, такая как приготовление пищи и замораживание, не разрушает некоторые микотоксины. [52]
В кормовой и пищевой промышленности стало обычной практикой добавлять связывающие микотоксины агенты, такие как монтмориллонит или бентонитовая глина, для эффективной адсорбции микотоксинов. [53] Чтобы обратить вспять неблагоприятные эффекты микотоксинов, для оценки функциональности любой связывающей добавки используются следующие критерии:
Поскольку не все микотоксины могут быть связаны с такими агентами, новейшим подходом к контролю микотоксинов является дезактивация микотоксинов. С помощью ферментов ( эстераза , деэпоксидаза), дрожжей ( Trichosporon mycotoxinvorans ) или бактериальных штаммов ( Eubacterium BBSH 797, разработанных Biomin ), микотоксины могут быть уменьшены во время заражения до сбора урожая. Другие методы удаления включают физическое разделение, промывку, измельчение, никстамализацию , термическую обработку, облучение, экстракцию растворителями и использование химических или биологических агентов. Методы облучения оказались эффективным средством против роста плесени и производства токсинов. [53]
Многие международные агентства пытаются достичь универсальной стандартизации нормативных пределов для микотоксинов. В настоящее время более 100 стран имеют правила, касающиеся микотоксинов в кормовой промышленности, в которых 13 микотоксинов или групп микотоксинов вызывают беспокойство. [54] Процесс оценки регулируемого микотоксина включает широкий спектр внутрилабораторных испытаний, которые включают экстракцию, очистку в колонках [55] и методы разделения. [56] Большинство официальных правил и методов контроля основаны на высокоэффективных жидкостных методах (например, ВЭЖХ ) через международные органы. [56] Подразумевается, что любые правила, касающиеся этих токсинов, будут согласованы с любыми другими странами, с которыми существует торговое соглашение. Многие из стандартов для анализа эффективности метода для микотоксинов устанавливаются Европейским комитетом по стандартизации (CEN). [56] Однако следует отметить, что научная оценка риска обычно зависит от культуры и политики, которые, в свою очередь, повлияют на правила торговли микотоксинами. [57]
Микотоксины, содержащиеся в пищевых продуктах, широко изучались по всему миру в течение 20-го века. В Европе установленные законом уровни ряда микотоксинов, разрешенных в пищевых продуктах и кормах для животных, устанавливаются рядом европейских директив и правил ЕС . Управление по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами США (FDA) регулирует и обеспечивает соблюдение предельных значений концентраций микотоксинов в пищевых продуктах и кормовых отраслях с 1985 года. FDA контролирует эти отрасли посредством различных программ соответствия, чтобы гарантировать, что микотоксины поддерживаются на практическом уровне. Эти программы соответствия охватывают продукты питания, включая арахис и продукты из арахиса, лесные орехи, кукурузу и продукты из кукурузы, семена хлопка и молоко. По-прежнему отсутствуют достаточные данные по надзору за некоторыми микотоксинами, которые встречаются в США [58]
• Результаты этого исследования показывают, что специи являются восприимчивым субстратом для роста микотоксигенных грибов и дальнейшего производства микотоксинов.• Красный перец чили, черный перец и сухой имбирь являются наиболее загрязненными специями ,
в которых AF, OTA и CTN присутствовали в высокой концентрации.
Увеличение использования лекарственных растений может привести к увеличению потребления микотоксинов, поэтому загрязнение лекарственных растений микотоксинами может способствовать возникновению неблагоприятных проблем со здоровьем человека и, следовательно, представляет особую опасность. Многочисленные случаи естественного появления микотоксинов в лекарственных растениях и традиционных растительных лекарственных средствах были зарегистрированы в разных странах, включая Испанию, Китай, Германию, Индию, Турцию, а также на Ближнем Востоке.
для здоровья.
Самые высокие концентрации микотоксинов были обнаружены в добавках на основе расторопши (до 37 мг/кг в сумме).
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )