Микотоксины (от , mykes, mukos — «гриб»; , toxikon — «яд») — токсины, низкомолекулярные вторичные метаболиты, продуцируемые микроскопическими плесневыми грибамиА. Котик, Труфанов О. В., Труфанова В. А. Словарь токсикологических терминов, Харьков: НТМТ, 2006.— 100 с..
Микотоксины являются биологическими контаминантами — природными загрязнителями зерна злаковых, бобовых, семян подсолнечника, а также овощей и фруктов. Они могут образовываться при хранении во многих пищевых продуктах под действием развивающихся в них микроскопических грибов.
Происхождение Микотоксины чаще всего синтезируются несовершенными грибами (формальный класс Fungi imperfecti) родов Fusarium, Aspergillus, Myrothecium, Stachybotrys, Trichoderma, Trichothecium, Penicillium и др.
Известно более 250 видов грибов, продуцирующих несколько сотен микотоксинов, многие из которых обладают мутагенными (в том числе канцерогенными) свойствами.
Условия развития плесневых грибов — основных источников микотоксинов Большинство грибов является аэробными организмами (то есть использующими кислород для дыхания). Они обнаруживаются почти повсеместно в чрезвычайно малых количествах и, в большинстве своём, являются микроорганизмами. Они потребляют органические вещества, где только позволяют влажность и температура, внутри и вне помещений.
Где позволяют условия, грибы, размножаясь, образуют колонии, повышая концентрацию микотоксинов. Некоторые грибы продуцируют опасные токсины только при определённых уровнях влажности, температуры и содержании кислорода в воздухе.
Общая характеристика Наличие микотоксинов в кормах приводит к ухудшению продуктивности, репродуктивности и иммунного состояния животных. Микотоксины различаются по химическому строению, токсичности и механизму действия. Общим признаком всех микотоксинов является токсичность большей частью для животных. Наиболее часто используется классификация микотоксинов по молекулярному строению, согласно которой различают афлатоксины, трихотеценовые микотоксины, охратоксины, фумонизин, зеараленон и его производные, монилиформин, фузарохроманон, алкалоиды спорыньи, циклопиазоновую кислоту, патулин, цитринин и т. п.
Термин «микотоксикозы» впервые встречается в статье А. Х. Саркисова, опубликованной в 1948 г. В работе Н. А. Грандилевского 1938 года для описания отравления лошадей соломой, пораженной грибом Stachybotrys alternans, был употреблён термин «стахиботриотоксикоз», а в трудах Муратова, Преображенского Н. Г. и Саликова Г. И., опубликованных в 1944 г., отравление сельскохозяйственных животных кормами с примесями спорыньи (Claviceps purpurea) было определено как клавицепсотоксикоз. Термин «микотоксины» (от греческих слов микос — гриб и токсикон — яд) был впервые использован в начале 60-х годов прошлого века. Но природа и токсичность многих веществ, которые позже были отнесены к микотоксинам, а также заболевания в результате отравления ими, которые впоследствии были объединённые под названием микотоксикозы, были открыты и описаны ещё задолго до введения этих терминов. Первые упоминания об отравлении людей и животных хлебом и зерном, контаминированным токсичными метаболитами грибов, а именно алкалоидами спорыньи (Claviceps purpurea), встречаются в средневековых летописях. Природу алкалоидов рожков впервые установили в 1864 г., но к микотоксинам алкалоиды были отнесены значительно позже. Риски, связанные с микотоксинами в зерне, впервые были осознаны после выявления эрготизма в 17 веке, затем снова после открытия цитринина в 1931 году, выделения дезоксиниваленола в 1972 году и обнаружения фумонизина в 1988 году.
Внимание исследователей к микотоксинам привлекли афлатоксины, открытые при исследовании причины «заболевания Х» — падежа 100 000 индеек на фермерских хозяйствах Англии в 1960 г. Заболевание сопровождалось апатией, потерей аппетита, опусканием крыльев, выгибанием шеи, отбрасыванием головы назад и гибелью в течение недели. Во время вскрытия обнаруживали кровоизлияния и некрозы в печени. После тщательных и длительных исследований из арахисовой муки, которую скармливали индейкам, было выделено бесцветное кристаллическое вещество, введение которого утятам позволило воспроизвести признаки «заболевания Х». Оказалось, что это вещество синтезируется грибами рода Aspergillus (A. flavus, A. parasiticus), которые растут на арахисе, кукурузе, сое и семенах масличных культур в условиях умеренного климата. По названию одного из продуцентов (A. flavus) вещество получило название афлатоксин.
Катастрофический фузариозом колоса 1980 года в Южном Онтарио привел к сильному заражению урожая дезоксиниваленолом. Это привело к усилению усилий по мониторингу и изучению токсичности микотоксинов, важных для Канады. Пшеница восприимчива к фузариозу колоса, если во время цветения стоит теплая и влажная погода, в то время как кукуруза подвержена гнили початков, если такие условия возникают во время появления шелковистых нитей.
Основные представители
Трихотеценовые микотоксины синтезируются грибами родов Fusarium, Cephalosporium, Myrothecium, Stachybotrys, Trichoderma и Trichothecium; содержат 12,13-эпоксисесквитерпеноидный остаток (трихотекан); известно около 100 трихотеценовых микотоксинов.
В основе механизма токсического действия лежит способность ингибировать синтез белка.
Агаритин — микотоксин некоторых агариковых грибов (Agaricales), в том числе и шампиньона двуспорового.
Афлатоксины — микотоксины, которые продуцируют грибы Aspergillus flavus и Aspergillus parasiticus. Они являются контаминантами (пищевыми загрязнителями) арахиса, кукурузы и других зерновых и масличных культур (наиболее часто встречаемый афлатоксин B1); характеризуются сильнейшим гепатотоксическим и гепатоканцерогенным действием.
Охратоксин вырабатывается грибами родов Aspergillus и Penicillium. Они содержат остаток изокумарина, соединённый пептидной связью с L-аланином. Обладают выраженным нефротоксическим и тератогенным действием.
Цитринин вырабатывается грибами родов Penicillium и Aspergillus; характеризуется нефротоксическим действием, а также антибиотическими свойствами против грамположительных и грамотрицательных бактерий; причастен к микотоксикозу «желтый рис» в Японии.
Зеараленон синтезируется грибами из рода Fusarium (F. graminearum, F. tricinctum); относится к лактонам резорциловой кислоты; характеризуется анаболическим и эстрогенным действием.
Фумонизин вырабатывается грибами Fusarium moniliforme и F. proliferatum; содержат диэфир пропан-1,2,3-трикарбоновой кислоты и 2-амино-12,16-диметил-3,5,10,14,15-пентагидроксиэйкозана; загрязняют кукурузу и продукты её переработки; вызывают уменьшение в сыворотке крови комплекса сфинголипидов при одновременном увеличении сфингозина и сфинганина.
Монилиформин — микотоксин, вырабатываемый некоторыми видами рода Fusarium (F. moniliforme, F. acuminatum, F. avenaceum, F. oxysporum и др.); представляет собой смесь K- и Na-солей 3-окси-3-циклобутен-1,2-диона; необратимо ингибирует пируватдегидрогеназный комплекс.
Фузарохроманон — микотоксин, который содержится в грибах вида Fusarium equiseti; вызывает большеберцовую дисхондроплазию у кур и индеек и увеличивает смертность куриных эмбрионов.
Аурофузарин относится к димерным нафтохинонам; вырабатывается грибами рода Fusarium; вызывает у кур синдром ухудшения качества яйца.
Патулин — микотоксин, продуцируемый различными плесневыми грибами из родов Penicillium и Aspergillus и обладающий выраженными токсическими и мутагенными свойствами. В высоких концентрациях патулин обнаруживается в продуктах переработки фруктов и овощей.
Патулин действует как антибиотик широкого спектра действия и проверен на эффективность при общих простудных заболеваниях. Однако эффективность никогда не проверялась на практике и, из-за незначительной токсичности, его использование в медицинских целях не рассматривается по причине его раздражающего действия на желудок и способности вызывать тошноту и рвоту.
Симптомы патулин-токсикоза включают геморрагии в желудочно-кишечном тракте крупного рогатого скота (телят). В 1954 году в Японии патулин привел к смерти 100 коров, которые потребляли заражённый корм.
Смертельная доза патулина для крыс составляет 15 мг/кг тела и 25 мг/кг после подкожной инъекции. При этом смерть была связана с отеком легких. В хронических исследованиях при низких дозировках какого-либо эффекта не наблюдалось. Установлена иммунотоксичность и нейротоксичность патулина. В некоторых исследования установлена генотоксичность, например, что он повреждает ДНК или хромосомы в краткосрочных опытах. Однако, эти исследования были проведены на бактериях или на маммилярных культурах клеток с дозами, которые несущественны для человека.
Основываясь на продолжительных исследованиях на крысах и мышах по исследованию репродукции и канцерогенности, Объединённый экспертный комитет ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам (JECFA) установил условно допустимое суточное потребление (ДСП) на уровне 7 мкг/кг массы тела.
Экономические последствия микотоксинов По оценкам экспертов на 2016 года, загрязнение таким микотоксином, как афлатоксин, может приводить к потерям в кукурузной промышленности в диапазоне от 52,1 млн до 1,68 млрд долларов в год в Соединённых Штатах
Во всем мире значительное количество продовольственного зерна ежегодно подвергается воздействию микотоксинов. Это включает 16 миллионов тонн кукурузы, 12 миллионов тонн риса, 1,8 миллиона тонн арахиса, 378 000 тонн сорго и проса, 3,7 миллиона тонн копры и 2,3 миллиона тонн соевых бобов. Оценки выборочных данных Управления по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) показывают, что потери урожая от микотоксинов (афлатоксин, фумонизин и ДОН) кукурузы, пшеницы и арахиса в Соединённых Штатах (США) в среднем составляют 932 миллиона долларов в год.
Экономические потери животноводов из-за микотоксинов оцениваются примерно в 6 миллионов долларов в год.
Хотя измерение экономического воздействия затруднено и меняется из года в год, ФАО подсчитала, что микотоксины могут иметь воздействие до 5 миллиардов долларов только в США и Канаде. Экономические потери накапливаются из-за затрат, связанных с управлением (профилактика, отбор проб и анализ, смягчение последствий), потерь урожайности, снижения стоимости урожая, а также воздействия на животных и людей. Затраты для производителей животноводческой продукции могут проявляться различными способами, начиная от снижения питательной ценности кормов, увеличения производственных затрат, ослабления иммунитета, снижения темпов роста, а также увеличения расходов на ветеринарное обслуживание и лечение.
По оценкам, афлатоксины в арахисе США вызывали убытки более 25,8 млн $ в год в период с 1993 по 1996 год, причем большая часть затрат (почти 23 млн $) приходилась на сегмент очистки в промышленности.
Потери, связанные с дезоксиниваленолом в Соединённых Штатах, оценивались в 655 млн $ в год, причем большая часть потерь приходилась на пшеницу.
Потери из-за афлатоксинов в трёх азиатских странах (Индонезия, Филиппины и Таиланд) оценивались в 900 млн $ ежегодно.
Распространённость
Микотоксины широко распространены в растительных продуктах, хранившихся в условиях, благоприятных для развития плесневых грибов. Около 25 % мирового продовольственного снабжения ежегодно загрязнено микотоксинами, включая афлатоксины. Более 4 миллионов человек в развивающихся странах подвергаются воздействию высоких концентраций афлатоксинов (25-20 мкг/кг), что негативно влияет на иммунную систему.
Исследование показало наличие 16 микотоксинов в 105 альтернативах мяса на основе пшеницы, бобовых и овощей. Наиболее распространёнными микотоксинами были энниатин B, боверицин, фумонизины B1 и B2 и микотоксины Alternaria. Совместное присутствие микотоксинов варьировалось от бинарных комбинаций до смесей из двенадцати.
Продуцент Микотоксин Поражает: Основной токсический эффект Max допуст.конц.(мкг/кг) Fusarium sporotrichioidesF. poae Т-2 токсин Кукуруза, овёс и продукты из него Дерматотоксин HT-2 токсин Овёс и продукты из него Fusarium graminearum