Микотоксины
Микотоксины представляют собой группу особо опасных контаминантов пищевых продуктов и кормов, являющихся вторичными метаболитами микроскопических грибов. К основным характеристикам микотоксинов следует отнести их высокую токсичность, химическую стабильность (в частности, термостабильность), выраженные канцерогенные, мутагенные и тератогенные свойства [1, 2]. Известно более 250 видов различных микроскопических грибов, продуцирующих более сотни так или иначе опасных микотоксинов, являющихся причиной терапевтически резистентных алиментарных токсикозов. Всестороннее изучение данной проблематики актуально не только с точки зрения фундаментальной токсикологии, но и с точки зрения профилактической медицины и гигиены, учитывая широкое распространение в природе продуцентов микотоксинов, наносящих значительный ущерб производству и здоровью населения. На современном этапе развития микотоксикологии среди наиболее опасных и в тоже время широко распространенных видов микотоксинов выделяют следующие: афлатоксины, охратоксины, зеараленон, трихотецены, патулин, токсины желтого риса, треморгенные микотоксины, рубратоксины, РR-токсины, цитохалазины, микотоксины Alternaria [1, 2].
Афлатоксины. Семейство афлатоксинов состоит из 4 основных представителей, а также соединений, являющихся производными или метаболитами основной группы. В основную группу входят В1, В2, G1, G2. Среди их производных и метаболитов следует выделить: В1, В2, Gm1, B2a, P1, Q1, M3, афлатоксикол, афлатоксикол Н1, стеригматоцистины, асперотоксин. Афлатоксины В1, В2, G1, G2 синтезируются преимущественно такими грибами, как Aspergillus flavus и Aspergillus parasiticus, которые способны также синтезировать афлатоксины В2а и М1, афлатоксикол, асперотоксин и стеригматоцистины [1–3]. По физико-химическим свойствам афлатоксины плохо растворимы в воде (до 20 мкг/мл), нерастворимы в неполярных растворителях, но хорошо растворяются в хлороформе, метаноле и диметилсульфоксиде [1–5]. Характеризуются химической нестабильностью в химически чистом виде. Чувствительны к воздействию света и кислорода. Обладают высокой реакционной способностью. Тем не менее при обычной кулинарной обработке афлатоксины практически не разрушаются. Их разрушение достигается путем обработки афлатоксинов гипохлоридом натрия или аммиаком. Химическая идентификация афлатоксинов осуществляется методами хроматографии, в частности ВЭЖХ с использованием специальных флуоресцентных детекторов. Флуоресценция афлатоксинов регистрируется в УФ-диапазоне (около 365 нм) [1–5]. Афлатоксины являются наиболее изученными из всех известных микотоксинов. Эти соединения являются сильнейшими гепатотоксикантами и гепатоканцерогенами. Кроме того, афлатоксины широко распространены. Они обнаружены практически во всех странах в различных масличных продуктах, бобах, орехах, какао, кофе и зерновых, а также других пищевых продуктах растительного и животного происхождения. Особого внимания заслуживают такие метаболиты афлатоксина В1, как афлатоксины М1 и М2 [2]. Они обнаруживаются в молоке, чаще всего коровьем, которое наиболее часто присутствует в рационе питания человека. Таким образом, повышается уровень рисков массового отравления этими токсикантами в условиях несоблюдения адекватных профилактических и санитарно-гигиенических мер в отношении данных микотоксинов. Важно отметить периферическую модификацию афлатоксинов в организме человека. Например, афлатоксин В1, подвергаясь воздействию ферментов цитохрома Р-450 печени, превращается в такие его метаболиты, как афлатоксины Р1, Q1 и Н1 [2]. В механизме токсического и канцерогенного действия афлатоксинов подобная периферическая модификация играет важную роль — изменяется патобиохимический механизм токсического влияния на организм. Например, меняется период полувыведения токсиканта из организма, изменяется выраженность токсического влияния (повышается токсичность и/или канцерогенность токсиканта). В частности, такие токсиканты, как стеригматоцистеин и диметилстеригматоцистеин обладают выраженным канцерогенным эффектом по патофизиологическому механизму действия [1–5]. В целом именно алиментарная контаминация афлатоксинами представляет одну из наиболее актуальных проблем в области санитарно-гигиенической и профилактической медицине, особенно в условиях промышленного животноводства и растениеводства.
Охратоксины. Некоторые виды Aspergillus ochraceus и Penicillium viridicatum в процессе своего метаболизма вырабатывают данную группу микотокисинов [1, 2, 5]. Химическая структура этих соединений представлена изокумаринами, связанными амидной связью с L-фенилаланином. Наиболее значимыми токсинами этой группы являются охратоксин А и В. Остальные микотоскины этой группы (охратоксин С, метиловые и этиловые эфиры охратоксинов А и В) получены только в пределах лабораторных условий. Охратоксины относятся к термостабильным соединениям, что приводит к значительным затруднениям по детоксикации этих токсинов даже в условиях тщательной термической обработки контаминированной пищи. Самым распространенным пищевым контаминантом среди охратоксинов является охратоксин А. Обнаруживается в растительных продуктах — пшенице, ржи, ячмене, овсе (до 28 тыс. мкг/кг), кукурузе (до 200 мкг/кг), бобах, кофе (до 360 мкг/кг) [2, 6]. Данные токсины поражают в первую очередь почки (проксимальные канальцы нефрона). Среди пищи животного происхождения наибольшую опасность представляет свинина, в тканях которой наблюдается максимальное накопление этих токсинов. По многолетним эпидемиологическим наблюдениям следует, что охратоксины представляют собой основную причину такого заболевания людей, как балканская эндемическая нефропатия [2].
Зеараленон. Это соединение представляет собой лактон фенолрезорциловой кислоты и его многочисленных производных, является продуктом метаболизма грибов рода Fusarium. Чаще всего данный микотоксин обнаруживается в качестве контаминанта кукурузы (до 10 мг/кг), однако в значимых концентрациях обнаруживается в пиве (до 53 мг/кг) [2, 7]. Характерной особенностью зеараленона являются его выраженные эстрогеновые эффекты. При загрязнении кормов животных этим токсином развивается эстрогеновый синдром сельскохозяйственных животных [2, 8]. Особенно выраженно этот синдром проявляется у свиней. Характеризуется снижением плодовитости, повышением частоты абортов, вульвагинитов и бесплодий. Развитие этого синдрома протекает при концентрации зеараленона от 0,1 до 6,8 мг/кг [2]. Для человека зеараленон не представляет угрозы для жизни, однако его влияние на здоровье в среднесрочной и долгосрочной перспективе до сих пор точно не определено [2].
Трихотецены. Данная группа микотоксинов является продуктами метаболизма многих видов грибов рода Fusarium [2]. Также продуцентами трихотеценов могут быть некоторые виды Myrothecium, Cephalosporium, Trichoderma, Calonectria, Stachybotrys [1]. В качестве основных природных контаминантов следует выделить следующие токсиканты — Т-2-токсин, ниваленол, дезоксиниваленол, диацетоксискирпенол [2, 8]. По химической структуре трихотецены делятся на 4 группы: А, В, С, D. Но наибольший интерес с точки зрения загрязнителей пищевых продуктов имеют группы А и В, в которые входят такие наиболее распространенные токсины, как: Т-2-токсин, НТ-2-токсин, неосоланиол, Т-2-тетраол, изонеосоланиол, скинпертриол, диацетоксискирпенол (группа А); ниваленол, дезоксиниваленол, фузаренон-Х, трихотеколон, трихотецин [2, 8]. Эти токсиканты поражают прежде всего органы кроветворения и иммунокомпетентные органы [2, 8]. Развивается геморрагический синдром, полный отказ от пищи, рвота. ЛД50 для Т-2 токсина при введении внутрь составляет от 3,8 до 6,27 мг/кг. Важно отметить, что в естественных условиях контаминация этих токсинов с пищевыми продуктами достаточно высокая — до 1800 мкг/кг [2]. Эти токсины обнаруживаются в ряде зерновых и кормовой кукурузе. Данные токсины представляют несомненную опасность для здоровья человека.
Патулин. Данный микотоксин представляет собой канцерогенный лактон. Чаще всего его можно обнаружить в яблоках, грушах, ягодах, а также в продуктах их переработки — пюре и соках. Основными продуцентами патулина являются грибы рода Penicillium и Aspergillus [2]. Обладает хорошей растворимостью в воде и органических растворителях. Имеет характерный пик поглощения на 276 нм [2, 10]. Важно отметить, что патулин обнаруживается не только в подгнившей части растения, но и может быть равномерно распределен в непораженных участках. При этом его концентрация в таких пищевых продуктах достаточно высокая [2, 5]. Например, в пораженном яблоке концентрация патулина может достигать почти 18 мг, а в соках — 1 мг/л [1, 9]. Продуценты патулина чаще всего поражают хлеб, хлебобулочные изделия, но он на данном субстрате быстро инактивируется [2]. Для человека патулин не является особо опасным токсикантом. Тем не менее существуют работы, которые связывают влияние патулина на развитие различных раковых заболеваний.
Цитреовирдин. Продуцируется грибами Penicillium citreo-viride [2]. Обладает сильно выраженными нейротоксическими свойствами — нарушает процессы возбуждения/торможения ЦНС, вызывает параличи и дисфункцию сердечно-сосудистой и дыхательной систем [2, 10]. Токсикологическая картина очень схожа с сердечной бери-бери. При спектральном исследовании отмечаются следующие характерные максимумы поглощения: 234, 286, 294 и 388 нм [2]. Не растворим в воде, но хорошо растворяется в хлороформе, этаноле и ацетоне.
Цитринин. Основным продуцентом этого токисна является Penicillium citrinum, но есть и другие грибы, метаболитам которых является данный токсин (род Penicillium и Aspergillus) [2]. Максимумы поглощения — 222, 253 и 319 нм. Растворим во многих органических растворителях. Характеризуется выраженным нефротоксическим действием. Наряду с охратоксином А считается причиной нефропатии свиней. Чаще всего обнаруживается в качестве контаминанта в пшенице, ячмене, ржи [2].
Лютеоскирин. Основным продуцентом является Penicillium island [2, 11]. Данный токсин не растворим в воде, но хорошо растворяется во многих органических растворителях. Имеет максимумы поглощения на 280, 436 и 457 нм. Токсический эффект проявляется в некрозе гепатоцитов, жировой инфильтрации печени, гепатитом и циррозом.
Циклохлоротин. Также продуцируется Penicillium island [2]. Водорастворим, а также растворим в С-бутаноле. Данный микотоксин обладает высокой токсичностью: ЛД50 для мышей — 0,3 мг/кг (внутривенно) [2, 12]. Обладает гепатотропным токсическим действием — вызывает циррозы и фиброзы печеночной ткани, оказывает гепатоканцерогенное действие.
Треморгенные микотоксины. Данная группа микотоксинов по своему токсическому действию обладает обязательным эффектом — возникновением тремора тела, судорожного синдрома [2, 11]. Эти токсины продуцируются микроскопическими грибами рода Penicillium и Aspergilus [2]. В соответствии со своей химической структурой треморгенные токсины делятся на следующие группы — пенитремы, фумитреморгены, веррукулоген, паспалин и триптоквивалин [2]. Общим в клинической картине токсического поражения данными токсинами как для лабораторных, так и для сельскохозяйственных животных является тремор, атаксия, мышечная ригидность, судороги. Треморгенный эффект для лабораторных животных наступает при относительно низких концентрациях данных микотоксинов: для мышей в дозе 0,92 мг/кг внутрибрюшинного введения веррукулогена, пенитрема А — 0,19 мг/кг [1]. В основе токсического действия и проявления треморгенного действия лежит их влияние на подкорковые центры ЦНС. Для пенитрема А и В максимумы поглощения составляют 233 и 295 нм соответственно [2]. В зависимости от химической структуры в данной группе токсинов наблюдаются различные значения коэффициента растворимости в воде. Эти виды токсинов наиболее часто обнаруживаются в различных сырах, особенно пенитрем А [1–12].
Рубратоксины. Продуцентами этих токсинов являются микроскопические грибы Penicillium rubrum и Penicillium purpurogenum [2]. Их можно обнаружить в качестве контаминантов в зерновых, особенно кукурузе. Наиболее часто встречаются и хорошо изучены два токсина — рубратоксин А и В [2, 12]. Характеризуются максимумами поглощения 252 и 251 нм для рубратоксина А и В соответственно [2]. Обладают выраженным гепатотоксическим, мутагенным, канцерогенным и тератогенным эффектами. ЛД50 для мышей при внутрибрюшинном введении рубратоксина А составляет 6,6 мг/кг, а для рубратоксина В — 3,0 мг/кг [1]. Следует отметить, что индекс токсичности для рубратоксинов значительно снижается при их пероральном введении — ЛД50 составляет 200–400 мг/кг для различных животных. Отмечается, что причина большинства алиментарных токсикозов сельскохозяйственных животных, прежде всего крупного рогатого скота, птицы и свиней, связана с действиями этих токсинов [12].
PR-токсины. Известный в пищевой промышленности микроскопический гриб Penicillium roqueforti, используемый в приготовлении определенных сортов сыра, может стать продуцентом высокотоксичных соединений: PR-токсина, рокфортина, изофумигаклавина. ЛД50 для грызунов составляет 10–15 мг/кг при внутрибрюшинном введении PR-токсина [2, 12]. Клинические проявления отравления этими токсина связаны с нарушениями координации движения, параличами [2]. Возможны отек легких и мозга, дегенеративные патологические изменения печени и почек. Рокфортин и изофумигаклавин представляют собой алкалоиды. ЛД50 рокфортина для мышей при внутрибрюшинном введении составляет 15–20 мг/кг, а для изофумигаклавина А — 340 мг/кг [2]. Основным пищевым продуктом, где регистрируются эти токсины, являются сыры. Их концентрация для рокфортина составляет от 0,06 до 6,8 мг/кг, а для изофумигаклавина А — до 4,7 мг/кг [2].
Цитохалазины. Основным пищевым продуктом, в котором обнаруживаются эти токсины, является рис. Продуцентами этих микотоксинов является Aspergilus clavatus [2, 12]. Данная группа соединений относится к высокотоксичным веществам — ЛД50 для крыс при внутрибрюшинном введении составляет 2,6 мг/кг. Острая интоксикация цитохалазином Е характеризуется отеками, дегенеративными изменениями почек, печени, селезенки и ряда других органов, а также резким нарушением проницаемости капилляров. Следует отметить, что такие цитохалазины, как А, В, F являются метаболитами Helminthosporium dematicideum, а цитохромазины С и D — Metarrhizium anisopliae [2–4]. При этом наиболее токсичными являются цитохалазины В и D. Встречаются чаще всего в зерновых. При интоксикации наблюдаются поражения ЦНС, тремор, нарушения двигательной активности. Кодацитохалазин-1 и кодацитохалазин-2 обнаружены в качестве метаболитов высокотоксичного штамма Phomopsis paspali, выделенного из проса [2, 9]. Следует отметить их особенную опасность: в дозе 2,0 мг/кг кодацитохалазин-1 вызывал гибель всех испытуемых мышей в течение 45 мин, а в дозе 5,0 мг/кг — в течение 20 мин [2]. Именно эти микотоксины являются одними из самых опасных для жизни и здоровья человека [2].
Микотоксины Alternaria. По своей химической природе они относятся к ксантонам или к антрахиновым пигментам [2]. Основным продуцентом является род микроскопических грибов Alternaria. В основном ими заражаются такие пищевые продукты, как помидоры, арахис, а также зерновые культуры в полевых условиях. Важно отметить их высокую токсичность, но наиболее выраженными свойствами обладает тенуазоновая кислота [2]. Чаще всего ее обнаруживают в рисе (2,6 мг/кг), сое, сорго, арахисе, помидорах. ЛД50 для мышей составляет 81 мг/кг. Токсические эффекты выражаются в развитии гематологических заболеваний [2].
Таким образом, учитывая токсичность для человека и животных, а также потенциальный экономический ущерб народному хозяйству, микотоксины следует рассматривать как одну из актуальных проблем не только в токсикологии, но и в санитарии и гигиене.
Литература
- Елинов Н.П., Митрофанов В.С., Чернопятова Р.М. Аспергиллезная инфекция; подходы к ее диагностике и лечению // Пробл. мед. микологии. 2002. Т. 4, № 1. С. 15–31.
- Оценка загрязнения пищевых продуктов микотоксинами. Т. 1. Сборник учебно-методических материалов / под ред. В.А. Тутельяна. М., 1985. С. 87–103.
- Агольцов В.А., Полников И.А. Рекомендации по диагностике, профилактике и мерам борьбы с микозами и микотоксикозами сельскохозяйственных животных. Саратов: Аквариус, 2002. С. 34–56.
- Антипов В.А., Васильев В.Ф., Кутищева Т.Г. Микотоксикозы — важная проблема животноводства // Ветеринария. 2007. № 11. С. 7–9.
- Гиндуллин А.И., Гиндуллина Д.А. Особо опасные микотоксикозы в сельскохозяйственной сфере // Успехи мед. микологии. 2014. № 13. С. 318–321.
- Головня Е.Я. Ветеринарная микология — основные направления исследований (обзор литературы) // Актуальн. вопр. ветеринарной биологии. 2009. № 2. С. 3–11.
- Матвеева Т.К. Вопросы о контроле содержания микотоксинов в кормах // Комбикорма. 2010. № 8. С. 59–61.
- Монастырский О.А. Токсинообразующие грибы и микотоксины // Защита и карантин растений. 2006. № 11. С. 18–20.
- Симонова И.А., Бойко Т.В., Ельцова А.А. Морфологические изменения крови крыс при включении в рацион кормов, контаминированных микотоксинами // Международная научно-практическая конференция «Аграрная наука: современные проблемы и перспективы развития», посвященная 80-летию со дня образования Дагестанского государственного аграрного университета имени М.М. Джамбулатова. Махачкала, 2002. С. 123–125.
- Симонова И.А. OTA-, ZEA-, T-2-сочетанные микотоксикозы животных и детоксикация кормов, контаминированных микотоксинами, с применением озон/NO-технологий: автореф. дис. … канд. вет. наук. Омск, 2013. 16 с.
- Симонова И.А. Случай отравления свиней кормами, контаминированными микотоксинами // Современные проблемы и инновационные подходы к диагностике, лечению и профилактике болезней животных и птиц: материалы международной научно-практической конференции «Экологические проблемы использования природных и биологических ресурсов в сельском хозяйстве» (31 мая — 1 июня 2012 г.). Екатеринбург: Уральское аграрное изд-во, 2012. С. 209–210.
- Ominski K.H., Marquard R.R., Sinha R.N., Abramson D. Ecological aspects of growth and micotoxin production by storage fungi // Micotoxins in Grain / eds J.D. Miller, H.L. Trenholm. St Paul, Minnesota: Eagan Press, 1994. P. 287–312.