Микотоксикология - Mycotoxicology

Микотоксикология это филиал микология который фокусируется на анализе и изучении токсины произведено грибы, известный как микотоксины.[1] В пищевой промышленности важно принимать меры, которые сохраняют уровни микотоксинов на максимально низком уровне, особенно те, которые являются термостабильными. Эти химические соединения являются результатом вторичного метаболизма, инициированного в ответ на определенные сигналы развития или окружающей среды. Это включает в себя биологический стресс со стороны окружающей среды, такой как более низкий уровень питательных веществ или конкуренция за доступные. По этому вторичному пути грибок производит широкий спектр соединений, чтобы получить определенные преимущества, такие как повышение эффективности метаболических процессов для получения большего количества энергии из меньшего количества пищи или нападение на другие микроорганизмы и возможность использовать их останки в качестве источник еды.

Микотоксины производятся грибами и в низких концентрациях токсичны для позвоночных и других групп животных. Низкомолекулярные метаболиты грибов, такие как этанол, которые токсичны только в высоких концентрациях, не считаются микотоксинами. Грибные яды - это метаболиты грибов, которые могут вызывать болезни и смерть людей и других животных; они довольно произвольно исключены из обсуждений микотоксикологии. Плесень вырабатывает микотоксины; грибы и другие макроскопические грибы производят грибные яды. Различие между микотоксином и грибным ядом основано не только на размере грибка-продуцента, но и на намерениях человека. Воздействие микотоксинов почти всегда происходит случайно. Напротив, за исключением жертв нескольких микологически совершенных убийц, грибные яды обычно попадают в организм грибных грибников-любителей, которые собирают, готовят и едят то, что было ошибочно идентифицировано как безвредный съедобный вид.[2]

Микотоксины трудно определить, а также очень сложно классифицировать. Микотоксины имеют разнообразную химическую структуру, биосинтетическое происхождение, множество биологических эффектов и вызывают множество различных видов грибов. Классификация обычно отражает обучение классификатора и не соответствует какой-либо установленной системе. Микотоксины часто назначаются врачами в зависимости от того, на какой орган они воздействуют. Микотоксины можно разделить на нефротоксины, гепатоксины, иммунотоксины, нейротоксины и т. Д. Общие группы, созданные клеточным биологом, включают тератогены, мутагены, аллергены и канцерогены. Химики-органики пытались классифицировать их по химическому строению (например, лактоны, кумарины); биохимики в зависимости от их биосинтетического происхождения (поликетиды, полученные из аминокислот и т. д.); врачей - болезнями, которые они вызывают (например, пожаром Святого Антония, стахиботриотоксикоз), а микологами - грибами, которые их вызывают (например, токсинами Aspergillus, токсинами Penicillium). Ни одна из этих классификаций не является полностью удовлетворительной. Афлатоксин, например, представляет собой гепатотоксический, мутагенный, канцерогенный, содержащий дифуран токсин Aspergillus, полученный из поликетидов. Зеараленон - метаболит Fusarium с сильной эстрогенной активностью; следовательно, помимо того, что он назван (вероятно, ошибочно) микотоксином, он также был назван фитоэстрогеном, микоэстрогеном и стимулятором роста.[3]

Типы микотоксинов

Цитринин: Цитринин был впервые выделен из Penicillium citrinum до Второй мировой войны;[4] впоследствии он был идентифицирован более чем у дюжины видов Penicillium и нескольких видов Aspergillus (например, Aspergillus terreus и Aspergillus niveus), включая определенные штаммы Penicillium camemberti (используется для производства сыра) и Aspergillus oryzae (используется для производства саке, мисо, и соевый соус).[5] Совсем недавно цитринин был выделен из Monascus ruber и Monascus purpureus, промышленных видов, используемых для производства красных пигментов.[6]

Афлатоксины: Афлатоксины были выделены и охарактеризованы после смерти более 100000 индюшат (Х-болезнь индейки ) связано с употреблением арахисовой муки, зараженной плесенью.[7][8] Четыре основных афлатоксина называются B1, B2, G1 и G2 на основании их флуоресценции в УФ-свете (синем или зеленом) и относительной хроматографической подвижности во время тонкослойной хроматографии. Афлатоксин B1 - самый мощный из известных природных канцерогенов. [9] и обычно является основным афлатоксином, продуцируемым токсигенными штаммами. Он также лучше всего изучен: в большом проценте опубликованных статей термин афлатоксин может быть истолкован как означающий афлатоксин B1. Однако было описано более десятка других афлатоксинов (например, P1. Q1, B2a и G2a), особенно как продукты биотрансформации основных метаболитов млекопитающих.[10] Классическая книга «Афлатоксин: научные основы, контроль и последствия», опубликованная в 1969 году, до сих пор является ценным источником для обзора истории, химии, токсикологии и последствий исследований афлатоксинов для сельского хозяйства.

Фумонизины: Фумонизины были впервые описаны и охарактеризованы в 1988 году.[11] Самым широко продуцируемым членом семейства является фумонизин B1. Считается, что они синтезируются путем конденсации аминокислоты аланина с полученным предшественником ацетата.[12] Фумонизины производятся рядом видов Fusarium, в частности, Fusarium verticillioides (ранее Fusarium moniliforme = Gibberella fujikuroi), Fusarium proliferatum и Fusarium nygamai, а также Alternaria alternata f. sp. lycopersici.[13][14] Эти грибы сложны с таксономической точки зрения, со сложной и быстро меняющейся номенклатурой, которая ставит в тупик многих немикологов (и некоторых микологов тоже).[15][16] Основным видом, имеющим экономическое значение, является Fusarium verticillioides, который растет как эндофит кукурузы как в вегетативных, так и в репродуктивных тканях, часто не вызывая у растений симптомов заболевания. Однако при наличии погодных условий, повреждений насекомыми и соответствующего генотипа грибов и растений это может вызвать ожог проростков, гниль стеблей и гниль початков.[17] Fusarium verticillioides присутствует практически во всех образцах кукурузы.[18] Большинство штаммов не продуцируют токсин, поэтому присутствие грибка не обязательно означает, что в нем присутствует фумонизин.[19] Хотя фумонизин B1 является фитотоксичным, для патогенеза растений он не требуется.[20][21]

Охратоксин: Охратоксин А был обнаружен как метаболит Aspergillus ochraceus в 1965 году во время большого скрининга грибковых метаболитов, который был разработан специально для выявления новых микотоксинов.[22] Вскоре после этого он был выделен из коммерческого образца кукурузы в США. [23] и признан мощным нефротоксином. Члены семейства охратоксинов были обнаружены как метаболиты многих различных видов Aspergillus, включая Aspergillus alliaceus, Aspergillus auricomus, Aspergillus carbonarius, Aspergillus glaucus, Aspergillus melleus и Aspergillus niger.[24][25][26] Поскольку Aspergillus niger широко используется в производстве ферментов и лимонной кислоты для потребления человеком, важно убедиться, что промышленные штаммы не являются продуцентами.[27][28] Хотя в некоторых ранних отчетах упоминалось несколько видов Penicillium, теперь считается, что Penicillium verrucosum, распространенный контаминант ячменя, является единственным подтвержденным продуцентом охратоксина в этом роде.[29][30] Тем не менее, во многих обзорах микотоксинов повторяются ошибочные списки видов.

Патулин: Патулин, 4-гидрокси-4H-фуро [3,2c] пиран-2 (6H) -он, продуцируется многими различными плесневыми грибами, но впервые был выделен в качестве противомикробного активного компонента в 1940-х годах из Penicillium patulum (позже названного Penicillium urticae). , теперь Penicillium griseofulvum). Тот же метаболит был выделен и у других видов и получил названия клавацин, клавиформин, экспансин, микоин с и пеницидин.[31] Ряд ранних исследований был направлен на использование его антибиотической активности. Например, он был протестирован как спрей для носа и горла для лечения простуды, а также как мазь для лечения грибковых инфекций кожи.[32] Однако в течение 1950-х и 1960-х годов стало очевидно, что, помимо своей антибактериальной, противовирусной и противопротозойной активности, патулин токсичен как для растений, так и для животных, что исключает его клиническое использование в качестве антибиотика. В 1960-х годах патулин был реклассифицирован как микотоксин.

Трихотецены: Трихотецены составляют семейство из более чем шестидесяти сесквитерпеноидных метаболитов, продуцируемых рядом грибных родов, включая Fusarium, Myrothecium, Phomopsis, Stachybotrys, Trichoderma, Trichothecium и другие.[33][34][35] Термин трихотецен происходит от слова трихотецин, который был одним из первых идентифицированных членов этого семейства. Все трихотецены содержат общий 12,13-эпокситрихотеновый скелет и олефиновую связь с различными замещениями боковой цепи. Они обычно встречаются в качестве загрязнителей пищевых продуктов и кормов, и потребление этих микотоксинов может привести к алиментарному кровотечению и рвоте; прямой контакт вызывает дерматит.[36][37][38]

Зеараленон: Зеараленон (лактон 6- [10-гидрокси-6-оксо-транс-1-ундеценил] -B-резорциклической кислоты), вторичный метаболит из Fusarium graminearum (телеоморф Gibberella zeae), получил тривиальное название зеараленон как комбинация G zeae, лактон резорциловой кислоты, -ен (для наличия двойной связи от C-1 'к C-2) и -он для C-6' кетона.[39] Почти одновременно вторая группа выделила, кристаллизовала и изучила метаболические свойства того же соединения и назвала его F-2.[40][41] В большей части ранней литературы зеараленон и F-2 используются как синонимы; Семейство аналогов известно как зеараленоны и токсины F-2 соответственно. Возможно, из-за того, что первоначальная работа над этими грибковыми макролидами совпала с открытием афлатоксинов, главы о зеараленоне стали постоянным элементом монографий по микотоксинам (см., Например, Mirocha and Christensen [42] и Бетина [43]). Тем не менее, слово «токсин» почти наверняка неверно, потому что зеараленон, хотя и обладает биологической активностью, вряд ли токсичен; скорее, он достаточно похож на 17β-эстрадиол, основной гормон, вырабатываемый яичниками человека, что позволяет ему связываться с рецепторами эстрогена в клетках-мишенях млекопитающих. [44] Зеараленон лучше классифицировать как нестероидный эстроген или микоэстроген. Иногда его называют фитоэстрогеном. Относительно взаимосвязи структура-активность зеараленона и его аналогов см. Hurd. [45] и Шайер.[46]

Рекомендации

  1. ^ Беннетт, Дж. В. 1987. Микотоксины, микотоксикозы, микотоксикология и микопатология. Микопатлогия 100: 3-5.
  2. ^ Мосс, М. О. 1996. Микотоксины. Mycol. Res. 100: 513-523.
  3. ^ Clin Microbiol Rev.2003 июль; 16 (3): 497–516.
  4. ^ Хетерингтон, А. С. и Х. Рейстрик. 1931. Исследования по биохимии микроорганизмов. Часть XIV. О производстве и химическом составе нового желтого красящего вещества, цитринина, производимого из глюкозы Penicillium citrinum Thom. Фил. Пер. R. Soc. Лондон сер. В 220В: 269-295.
  5. ^ Манабе, М. 2001. Ферментированные продукты и микотоксины. Микотоксины 51: 25-28
  6. ^ Blanc, P.J., M.O. Loret, and G. Goma. 1995. Производство цитринина различными видами Monascus. Biotechnol. Lett. 17: 291-294.
  7. ^ Блаут, У. П. 1961. Х-болезнь индейки. Индейки 9:52, 55-58, 61, 77.
  8. ^ Гольдблатт, Л. (ред.). 1969. Афлатоксин. научное обоснование, контроль и последствия. Academic Press, Нью-Йорк, Нью-Йорк.
  9. ^ Сквайр Р. А. 1981. Ранжирование канцерогенов животных: предлагаемый нормативный подход. Наука 214: 877-880
  10. ^ Хиткот, Дж. Г. и Дж. Р. Хибберт. 1978. Афлатоксины: химические и биологические аспекты. Издательство Elsevier Scientific Publishing Company, Амстердам, Нидерланды
  11. ^ Безуиденхаут, С. К., В. К. А. Гельдерблом, К. П. Горст-Аллман, Р. М. Хорак, В. Ф. О. Марасас; Г. Спителлер и Р. Влеггаар. 1988. Выявление структуры фумонизинов, микотоксинов из Fusarium moniliforme. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1988: 743-745.
  12. ^ Суини, М. Дж. И А. Д. У. Добсон. 1999. Молекулярная биология производства микотоксинов. FEMS Microbiol. Lett. 175: 149-163.
  13. ^ Rheeder, J.P., W.F. Marasas и H.F. Vismer. 2002. Производство аналогов фумонизина видами Fusarium. Appl. Environ. Microbiol. 68: 2102-2105.
  14. ^ Марасас, У. Ф. О., Дж. Д. Миллер, Р. Т. Райли и А. Висконти. 2001. Фумонизины - встречаемость, токсикология, метаболизм и оценка риска, стр. 332-359. В книге Б. А. Саммерелла, Дж. Ф. Лесли, Д. Бэкхауса, В. Л. Брайдена и Л. В. Берджесса (ред.), Fusarium. Симпозиум памяти Пола Э. Нельсона. APS Press, Сент-Пол, Миннесота.
  15. ^ Марасас, В. Ф. О., П. Э. Нельсон и Т. А. Туссун. 1984. Токсигенные виды Fusarium: идентичность и микотоксикология. Издательство Пенсильванского государственного университета, Университетский парк, Пенсильвания.
  16. ^ Лесли, Дж. Ф. 1996. Интродукционная биология Fusarium moniliforme, стр. 153-164. В L. S. Jackson, J. W. DeVries и L. B. Bullerman (ed.), Fumonisins in food. Plenum Press, Нью-Йорк, Нью-Йорк.
  17. ^ Нельсон П. Э., Дежарден А. Э. и Платтнер Р. Д. 1993. Фумонизины, микотоксины, продуцируемые видами Fusarium: биология, химия и значение. Анну. Преподобный Phytopathol. 31: 233-252.
  18. ^ Маршалл, Э. 1983. Эксперты по желтому дождю сражаются за кукурузную плесень. Наука 221: 526-529.
  19. ^ Пламли, К. Х. и Ф. Д. Гэйли. 1994. Нейротоксические микотоксины: обзор грибковых токсинов, вызывающих неврологические заболевания у крупных животных. J. Vet. Междунар. Med. 8: 49-54
  20. ^ Марасас, В. Ф. О. 1996. Фумонсины: история, всемирное распространение и влияние, с. 1-17. В L. S. Jackson, J. W. DeVries и L. B. Bullerman (ed.), Fumonosins in food. Plenum Press, Нью-Йорк, Нью-Йорк.
  21. ^ Дежарден, А. Э. и Р. Д. Платтнер. 2000. Штаммы Fusarium verticillioides, не продуцирующие фумонизин B (1), вызывают инфекцию ушей кукурузы (Zea mays) и гниль ушей. J. Agric. Food Chem. 48: 5773-5780
  22. ^ Ван дер Мерве, К. Дж., П. С. Стейн, Л. Ф. Фури, Д. Б. Скотт и Дж. Дж. Терон. 1965. Охратоксин А, токсичный метаболит, продуцируемый Aspergillus ochraceus Wilh. Природа 205: 1112-1113
  23. ^ Шотвелл, Л. Л., К. В. Хесселтин и М. Л. Гоулден. 1969. Охратоксин А: естественное загрязнение образца кукурузы. Appl. Microbiol. 17: 765-766
  24. ^ Абарка, М. Л., М. Р. Брагулат, Г. Састелла и Ф. Дж. Кабанес. 1994. Продукция охратоксина А штаммами Aspergillus niger var. Нигер. Appl. Environ. Microbiol. 60: 2650-2652.
  25. ^ Байман П., Дж. Л. Бейкер, М. А. Достер, Т. Дж. Михайлидес и Н. Э. Махони. 2002. Продукция охратоксинов группой Aspergillus ochraceus и Aspergillus alliaceus. Appl. Environ. Microbiol. 68: 2326-2329.
  26. ^ Ciegler, A., D. J. Fennell, H. J. Mintzlaff и L. Leistner. 1972. Синтез охратоксина видами Penicillium. Naturwissenschaften 59: 365-366
  27. ^ Heenan, C. N., K. J. Shaw, and J. I. Pitt. 1998. Производство охратоксина А изолятами Aspergillus carbonarius и A. niger и обнаружение с использованием кокосового крем-агара. J. Food Mycol. 1: 67-72.
  28. ^ Терен Дж., Дж. Варга, З. Хамари, Э. Ринью и Ф. Кевей. 1996. Иммунохимическое определение охратоксина А у черных штаммов Aspergillus. Mycopathologia 134: 171-186
  29. ^ Pitt, J. I. 1987. Penicillium viridicatum, Penicillium verrucosum и производство охратоксина A. Прил. Environ. Microbiol. 53: 266-269.
  30. ^ Чу, Ф. С. 1974. Исследования охратоксинов. Крит. Rev. Toxicol. 2: 499-524
  31. ^ Ciegler, A., R. W. Detroy и E. B. Lillejoj. 1971. Патулин, пеницилловая кислота и другие канцерогенные лактоны, с. 409-434. В A. Ciegler, S. Kadis и S. J. Ajl (ed.), Microbial toxins, vol. VI: грибковые токсины. Академическая пресса. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.
  32. ^ Циглер, А. 1977. Патулин, с. 609-624. В J. V. Rodricks, C. W. Hesseltine и M. A. Mehlman (ed.), Mycotoxins in Human and Animal Health. Pathotox Publishers, Inc., Парк Форест Юг, Иллинойс.
  33. ^ Коул, Р. Дж. И Р. Х. Кокс. 1981. Справочник токсичных метаболитов грибов. Academic Press, Нью-Йорк, Нью-Йорк.
  34. ^ Скотт П. М. 1989. Естественное возникновение трихотеценов, стр. 1-26. В V. H. Beasley (ed.), Trichothecene mycotoxicosis: pathophysiologic effects, vol. I. CRC Press, Бока-Ратон, Флорида
  35. ^ Уэно, Ю. (ред.). 1983. Трихотецены: химические, биологические и токсикологические аспекты. Эльзевир, Амстердам, Нидерланды
  36. ^ Бизли, В. Р. (ред.). 1989. Трихотеценовый микотоксикоз: патофизиологические эффекты, вып. I. CRC Press, Бока-Ратон, Флорида
  37. ^ Иоффе, А. З. 1986. Виды Fusarium: их биология и токсикология. John Wiley and Sons, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.
  38. ^ Марасас, У. Ф. О., П. Э. Нельсон и Т. А. Туссун. 1984. Токсигенные виды Fusarium: идентичность и микотоксикология. Издательство Пенсильванского государственного университета, Университетский парк, Пенсильвания.
  39. ^ Урри, У. Х., Х. Л. Вермайстер, Э. Б. Ходж и П. Х. Хиди. 1966. Структура зеараленона. Tetrahedron Lett. 27: 3109-3114
  40. ^ Кристенсен, К. М., Г. Х. Нельсон и К. Дж. Мироча. 1965. Действие токсического вещества, выделенного из Fusarium, на матку белых крыс. Appl. Microbiol. 13: 653-659
  41. ^ Mirocha, C.J., C.M. Christensen и G.H. Nelson. 1967. Эстрогенный метаболит, продуцируемый Fusarium graminearum в хранящемся зерне. Appl. Microbiol. 15: 497-503
  42. ^ Mirocha, C.J. и C.M. Christensen. 1974. Эстрогенные микотоксины, синтезированные Fusarium, с. 129-148. В I. F. H. Purchase (ed.), Mycotoxins. Эльзевир, Амстердам, Нидерланды
  43. ^ Бетина, В. 1989. Биоактивные молекулы. 9. Микотоксины: химические, биологические и экологические аспекты. Эльзевир, Амстердам, Нидерланды
  44. ^ Койпер-Гудман, Т., П. М. Скотт и Х. Ватанабе. 1987. Оценка риска микотоксина зеараленона. Regul. Toxicol. Pharmacol. 7: 253-306
  45. ^ Херд, Р. Н. 1977. Соотношения структурной активности в зеараленонах, стр. 379-391. В J. V. Rodricks, C. W. Hesseltine и M. A. Mehlman (ed.), Mycotoxins in Human and Animal Health. Pathotox Publications, Inc., Южный Парк Форест, Иллинойс.
  46. ^ Shier, W. T. 1998. Эстрогенные микотоксины. Rev. Med. Вет. 149: 599-604

Смотрите также