Les fumonisines són substàncies classificades com a micotoxines, les quals són produïdes principalment per dues espècies del gènere de fong Fusarium (floridura): Fusarium verticillioides i Fusarium proliferatum. En termes químics, les fumonisines es poden descriure com a aminopoliols de cadena llarga (20 àtoms de carboni) que tenen dues cadenes laterals d'àcid tricarbalílic, i la seva producció sol estar lligada a les condicions abiòtiques anteriors a la collita, com ara la temperatura o l'aigua. Aquestes toxines se solen aïllar principalment d'aliments secs, com ara cereals o llegums, encara que la seva importància deriva en l'afectació del blat de moro arreu del món.
Classificació Les fumonisines es classifiquen en les següents famílies: l'A (FA), la B (FB), la C (FC), la P (FP) i les fumonisines hidrolitzades i parcialment hidrolitzades (HFB). Entre totes aquestes destaca principalment la família B per ser la més abundant i la més tòxica, que se subdivideix en B1, B2, B3 i B4. A més, aquesta família és la més estudiada. La fumonisina B1 per estar present en aliments de gran rellevància com ara el blat de moro, blat i altres cereals.
La importància de la FB1 recau que compon fins a un 70 per cent del total de fumonisines presents en els aliments, mentre que les FB2 i FB3 en formen, respectivament, tan sols un 10 i un 20 per cent.
Biosíntesi de les fumonisines miniatura|523x523px|Mecanisme de síntesi de fumonisines. A. Organització genòmica del locus FUM del cromosoma 1 de Fusarium verticillioides. B. Passos de la biosíntesi de les fumonisines amb tots el gens del locus FUM i els seus productes. La biosíntesi de fumonisines ve principalment condicionada per la presència o no d'uns gens presents al cromosoma 1 de Fusarium verticilliodes, més concretament a la complexa regió de 46 kpb. Aquests gens són un total de 17 i formen el locus anomenat FUM que codifica la síntesi de les micotoxines i altres substàncies relacionades com a proteïnes de secreció o resistència. El locus està encapçalat pel gen FUM1, que és la peça clau de tot el procés de biosíntesi i sense el qual les fumonisines no es poden crear. (Figura 1).
La -alanina es condensa juntament amb un policètid lineal dimetilat sintetitzat a partir d'unitats d'acetat gràcies a l'enzim policètid sintasa (PKS) codificada pel gen FUM1. És un enzim modular amb diversos dominis catalítics: b-cetoacil sintasa, aciltransferasa i una proteïna generadora d'acils, responsables de l'extensió de la cadena del policètid. Posteriorment es fan cinc oxigenacions i dues esterificacions seguides.
Al FUM1 segueixen altres gens productors d'altres enzims que participen en la síntesi de la toxina. El FUM8 codifica una aminotransferasa, que transfereix per descarboxilació oxidativa l'amina des de l'alanina al grup policètid. Després d'això, el producte de FUM6 duu a terme oxidacions dels carbonis catorze i quinze (C-14 i C-15) i el gen FUM1 codifica una reductasa encarregada de reduir l'intermediari 3-ceto a un grup hidroxil.
Hi ha la possibilitat que els productes dels gens FUM7, FUM10, FUM11 i FUM14 provinguin de derivats de l'àcid cítric, tot i que encara no està confirmat. Tot i això, se sap que participen en la reacció d'esterificació dels àcids tricarboxílics. El gen FUM11 intervé en la transmissió de substrats pels compartiments de la cèl·lula, ja que codifica un transportador d'àcids tricarboxílics.
Al locus FUM, a més de gens estructurals, també hi ha els gens reguladors FUM19 i FUM21. Aquests gens s'encarreguen de la codificació del transportador ABC per a l'excreció de la micotoxina i actuen sobre la regulació dels gens estructurals com a factor de transcripció del tipus Zn(II)-2Cys6, respectivament.
Les soques de Fusarium verticillioides que no tenen la capacitat de sintetitzar fumonisines són aquells mutants del gen FUM1 que no tenen el locus FUM. També es poden donar altres mutacions com en gens externs al locus, encarregats de la síntesi de les oxigenases encarregades de la hidroxilació als carbonis deu i cinc (C-10 i C-5). Això provocaria l'acumulació de FB2 i FB3 i la incapacitat de produir FB1. S'han desenvolupat estudis més exhaustius del gens FUM21, FUM19, FUM8 i FUM6 en què s'ha arribat a la conclusió que el FUM19 no és un gen essencial per a la síntesi, malgrat que sigui un regulador. Tot i això, els altres sí que són essencials. S'ha pogut observar això sobretot en mutants de FUM21, per als quals gairebé no hi havia producció dels altres dos gens i, per tant, els nivells de la toxina eren nuls.
En realitat no es coneix amb exactitud què és allò que porta les cèl·lules de Fusarium verticillioides a produir fumonisines. En canvi, sí que és clar és que els gens reguladors com ara FUM21 tenen un paper molt important, igual que ho fan els diferents factors explicats a continuació a la part de la regulació de la biosíntesi.
Regulació de la biosíntesi La regulació de la síntesi de fumonisines per Fusarium. verticillioides depèn de molts factors. Poden ser genètics, mitjançant gens del mateix locus FUM; o gens externs que en regulin l'expressió; o ambientals, com ara el pH, la disponibilitat de l'aigua o la disponibilitat de nutrients.
Un dels factors extrínsecs més importants és el pH. Generalment, la producció de la toxina té lloc a pH més àcids que alcalins. En estudis sobre la producció de fumonisines en pH 4,5 en gra de blat de moro natural i sintètic s'ha demostrat que la proteïna PAC1 és un repressor de la síntesi, ja que els mutants tenen un percentatge molt més gran de fabricació de la toxina.
Un altre factor important en la regulació de biosíntesi de les fumonisines és la quantitat de nitrogen disponible amb valor nutricional i la relació C:N baixa, que juntament amb la presència d'amoni suposen la repressió de la producció de fumonisines. Per exemple, si en un gra de blat de moro de desenvolupament prematur creix Fusarium verticillioides, la producció de la citotoxina serà baixa a causa del baix contingut de midó. A més, hi ha un gen que és molt rellevant en la síntesi d'una proteïna la seqüència de la qual conté una regió conservada de regulació del metabolisme del nitrogen. Aquest gen es diu AREA, i la regió conservada conté un domini dʻunió a una caixa GATA dels promotors. Es coneix que la regulació mitjançant aquest gen és positiu, ja que una mutació en el seu locus suposa la producció de menors quantitats de fumonisina.
Altres nutrients importants per a la biosíntesi són els carbohidrats que estiguin disponibles al blat de moro. La presència d'amilosa o d'amilopectina fan que la producció augmenti o disminueixi, respectivament. A més, l'existència d'uns carbohidrats o altres també ve determinada pels gens FUM8, FUM12 i també HXK1. Aquest darrer té una gran rellevància a l'hora del creixement de fumonisines en presència de fructosa, sacarosa, maltotriosa o glucosa, gràcies a la codificació d'una hexocinasa que forma part del metabolisme primari. Una mutació en aquest gen suposa una gran dificultat en el desenvolupament i el creixement de les citotoxines en presència de les fonts de carboni esmentades, igual que suposa una disminució en la producció de fumonisina B1 d'aproximadament el 80%.
Respecte a la producció de FB1 hi ha un altre gen regulador, el FST1, que auxilia els sucres a la síntesi a través de la codificació d'un transportador de carbohidrats. Alhora, aquest gen està regulat pel factor de transcripció Zfr1 la funció del qual es basa en la regulació positiva de la síntesi de les micotoxines a través dels gens FUM, i la mutació dels quals suposa una reducció del 10 per cent de la producció de fumonisina respecte al factor transcripcional wildtype. Un altre factor transcripcional encreuat de regular el metabolisme del sorbitol és el Sdal, el qual mutat actua de manera contrària que el Zfr1: produeix nivells de FB1 més grans encara que no permet el creixement amb sorbitol com a únic nutrient de carboni. Alhora, hi ha un altre factor de transcripció que intervé en aquesta regulació: l'encarregat de la regulació positiva del FUM21. Les cèl·lules mutants en aquest gen produeixen una escassa quantitat de citotoxina, acompanyat d'una transcripció escassa dels gens FUM1 i FUM8 (indispensables per a la síntesi de fumonisina). En aquest punt, es podria donar la unió del promotor de FUM1, la seqüència CGGATA del qual està sobreexpressada, amb el gen FUM21, de manera que les tres primeres bases són reconegudes per factors de transcripció del tipus Zn(II)-2Cys6. Per tant, en cas que es donés una mutació a la seqüència cys aniria lligada al promotor de FUM1, causant una transcripció més baixa i, conseqüentment, menor concentració de fumonisina.
Finalment, un altre factor important que pot afectar la síntesi de fumonisines i la seva regulació pot ser la competència amb altres microorganismes. Per exemple, Gibberella zeae (també conegut com a Fusarium graminearum) és un fong que compeeix amb F. verticillioides que pot alterar el seu metabolisme influint en la quantitat de micotoxina fabricada, la qual cosa pot ser interessant en la indústria alimentària i en la microbiologia dels aliments.
Exposició alimentaria Hi ha diversos tipus de fumonisines i les que es troben principalment en els aliments són: les FB1, FB2 i FB3, essent la FB1 la més destacada. Poden trobar-se en forma lliure (el més usual) o lligades a proteïnes i carbohidrats, tot i que d'aquestes darreres se'n coneix poc. miniatura|237x237px|Blat de moro infectat amb Fusarium verticillioides amb producció de fumonisines.
Cereals La gran majoria de fumonisines es localitzen en el blat de moro (Figura 2) i en productes derivats d'aquesta gramínia. També, però amb menys freqüència, poden localitzar-se en el blat i en els seus derivats. Aproximadament un 70 per cent de les seves fumonisinessón la fumonisina B1. La presència d'aquestes toxines en aquests aliments és conseqüència de la presència d'espècies Fusarium.
El gènere Fusarium creix molt millor en climes càlids, és per això que la seva presència és molt més elevada en regions de l’Àfrica i Amèrica del Sud. A més, la majoria de blat de moro es cultiva en aquestes regions, pel fet que també requereix un clima càlid per créixer. Per això, si se sumen ambdues situacions, es pot observar que el fet que el blat de moro sigui el cereal que té més toxines d'aquest tipus cobri sentit.
Productes derivats d'animals És rar trobar toxines FB1 en productes alimentaris derivats d'animals perquè l'animal hauria hagut d'ingerir-les prèviament mitjançant el consum de cereals contaminats. La transferència de toxines a aquest tipus de productes és insignificant perquè els animals aconsegueixen eliminar-les ràpidament del cos i per això no passen als teixits ni a la sang.
Llet materna S'ha pogut observar la presència de FB1 en l'orina de lactants en humans. Això indica que, al contrari del que succeïa amb altres animals, els humans no aconsegueixen eliminar-la tan ràpidament del cos i la transferència és significativa.
Control alimentari i prevenció de riscs Les fumonisines es troben principalment al blat de moro i en aliments derivats. Aquest blat de moro, a més de ser consumit directament per humans, pot ser consumit per animals, en els quals la transmissió d'aquesta toxina a la carn que pot ser consumida per humans) és baixa, però hi ha la possibilitat que passi. És per això que, com a mesura de control, cal controlar tota aquesta cadena alimentària.
Control