Біологічні аспекти токсичної дії мікотоксинів

Мікотоксини - група низькомолекулярних токсичних метаболітів, що продукуються мікроскопічними (пліснявими) грибами. Поряд з вираженою загальною токсичною дією, окремі мікотоксини мають канцерогенні, мутагенні, тератогенні та галюциногенні властивості.

За останні 10 років в Україні та в інших країнах, в яких виробляються основні зернові культури, спостерігається значне зростання зараження мікотоксинами. Все це виводить товарне зерно не тільки з категорії продовольчого, але і робить його непридатним для використання на корм.       

Зернові культури вражають близько 20 видів фузарієвих грибів, але основна увага у зв'язку з небезпекою забруднення зерна мікотоксинами, приділяється Fusarium graminearum, F. culmorum, F. sporotrichioides, F. avenaceum, F. poae, F. Sambucinum [1, c. 10]. Вони відрізняються один від одного за морфологічними ознаками макро- та мікроконідій, за наявностю або відсутнітю хламідоспор.

За шкідливістю фузаріоз займає одне з перших місць серед хвороб зернових культур. В Україні це захворювання проявляється масштабно та стабільно. Поразка фузаріозом всього колоса знижує врожай на 87%, половини - на 76%, третини колоса - на 44%. Внаслідок фузаріозного зараження знижується схожість насіння, маси 1000 зерен та кількості зерен у колосі. Маса зерна може знизитися на 64%, кількість зерен у колосі - на 46%, маса 1000 насінин - на 45%. Крім того, що фузаріоз зернових культур призводить до значних втрат врожаю, він погіршує якість вирощеної продукції: вміст протеїну в зерні пшениці, ураженому F. culmorum, зменшується в порівнянні зі здоровим на 0,1-0,5%, маса - з 39,5-51 г до 29-46,5 г, «сира» клейковина - з 29,2 до 14,7-22% . При цьому погіршується якість борошна та хліба [2, c. 15]. Фузаріоз значною мірою впливає на фізичні, хімічні та технологічні властивості зерна: знижує натуру, погіршує скловидність, впливає на технологічні та хімічні якості борошна.     

Здатність більшості грибів роду Fusarium продукувати в процесі життєдіяльності мікотоксини - токсичні метаболіти, яких належать до різних груп хімічних сполук. А зерно багатьох хлібних злаків є хорошим субстратом для розвитку фузаріозу, який утворює мікотоксини [3, c. 24].

Хвороби людей і тварин, викликані токсинами фузаріозних грибів, в останні роки стали світовою проблемою. За даними FAO, на сьогоднішній день 25% світового виробництва зерна уражено токсиногенними грибами. У країнах, що розвиваються, до 36% всіх захворювань прямо чи опосередковано пов'язані з дією грибкових мікотоксинів.    

Відомо, що ще в кінці XIX ст. в Росії досліджували токсичні властивості гриба Fusarium graminearum, щодо його властивостей викликати захворювання у людей в результаті вживання продуктів, виготовлених з ураженого їм зерна (так званий «п'яний хліб»). Це стало початком вивчення фузаріотоксинів. Зараз відомо близько 250 видів грибів (з них більше 40 - фітопатогени), які продукують понад 500 мікотоксинів.     

Мікотоксини не тільки знижують цінність зібраного врожаю, а й викликають захворювання у домашніх тварин та птиці, що призводить до зниження продуктивних показників. Мікотоксини біосінтезуються грибами роду: Aspergillus, Fusarium, Penicillium, Claviceps, Stachybotrys, Rhizoctonia. Формування грибів відбувається протягом росту зерна в полі, збору, зберігання та після переробки його в сприятливих для росту грибів умовах. Наприклад, у південних та центральних регіонах Європи взагалі поширені фузаріотоксіни, які здатні викликати гострі отруєння та істотно знижувати продуктивність тварин. У країнах північної Європи найбільш небезпечним контамінантом є охратоксин А, наприклад, в Данії їм уражено 40% зерна.

Три найважливіших механізми дії мікотоксинів призводять до порушення різних обмінних процесів в організмі: інгібування синтезу протеїну, ДНК, РНК, порушення структури мембран та ініціювання перекисного окислення ліпідів. В результаті їх дії у тварин збільшується смертність, спостерігається висока конверсія корму, уповільнений ріст, відмова від корму, знижені запліднюваність та виводимість. Дослідження вчених показали, що більшість мікотоксинів вивільнюється у стравоході протягом 30 хвилин після згодовування. Таким чином більшість з мікотоксинів адсорбується в тонкому кишечнику до того як досягти товстого кишечника. При цьому важливо пам'ятати, що мікотоксини дуже швидко всмоктуються.   

Токсикоз від "п'яного хліба" - це захворювання людини і тварин, пов'язане з вживанням зернових продуктів, заражених грибами F.graminearum. Це захворювання може протікати як у гострій, так і у хронічній формах. Тривале використання продуктів, виготовлених з ураженого зерна, призводить до виснаження організму, втрати зору та порушення психіки. У тварин характерними симптомами отруєння є відмова від корму, пригнічення рефлексів.

Під час жнив при тривалих опадах у людей та сільськогосподарських тварин лікарі почали виявляти захворювання, яке носить назву акабабі. У людей захворювання проходить за типом харчового отруєння, а у тварин нерідко призводить до загибелі. Токсичні властивості зерна пов'язані із зараженням грибом F.nivale - продуцентом фузарінона-Х, ніваленолу, діацетоксініваленолу та F.graminearum - продуцентом дезоксиніваленолу (DAS) та 3 - ацетілніваленола [4, c. 17].     

Також простежується збільшення тенденції до захворювання аліментарної токсичної Алейкії, основними симптомами якої є гіперемія, набряклість мигдалин та некрози слизової оболонки. Важке протікання хвороби, як правило закінчується летально. Причиною захворювання є вживання продуктів із зерна, зараженого грибом F.sporotrichiella var. sporotrichioides, F.sporotrichiella var.poae, який виробляють Т-2 і НТ-2 токсини.     

Гриби F.sporotrichiella var.poae і F.sporotrichiella var.tricinctum викликають уровску хворобу (Кашина-Бека), яка проявляється в дитячому віці й супроводжується гальмуванням зростання скелету, особливо трубчастих кісток, а також деградацією хрящової тканини. Захворювання не смертельне, але може призвести до повної інвалідності. Як і в попередніх випадках, воно є наслідком вживання забруднених фузаріум хліба та крупи.

У країнах СНД встановлено гранично допустимі концентрації для афлатоксину В1 - 0,005 мг/кг (у зернових, горіхах, масляних), афлатоксину М1 - 0,0005 мг/кг (в молоці та молочних продуктах), дезоксиніваленолу - 0,7 мг/кг ( для пшениці), і 1,0 мг/кг (для ячменю), Т-2 токсину - 0,1 мг/кг (для зернових), зеараленону - 1,0 мг/кг (для кукурудзи, пшениці, ячменю) і патуліну - 0,05 мг/кг (для продуктів переробки яблук, томатів та обліпихи).

Не допускається присутність мікотоксинів у продовольчій сировині та харчових продуктах, призначених для дитячого та дієтичного харчування. Партії пшениці, що містять DON більше ніж 1,4 мг/кг, а зеараленону більше ніж 2 мг/кг, використовують тільки для фуражних або технічних цілей, за умови змішування їх з незараженим зерном. Товарні партії з наявністю фузаріозних зерен слід розміщувати окремо та ретельно контролювати на наявність фузаріозних зерен та дезоксиніваленолу (DAS) для визначення їх цільового призначення.     

У багатьох країнах більш ємним критерієм вважають допустимий рівень добового споживання мікотоксину, який оцінюють шкідливим впливом на організм в залежності від сумарної кількості поглиненого метаболіту. Так, у країнах Євросоюзу максимально допустимі показники вживання мікотоксинів (мкг/кг ваги тіла на добу) становлять: DON - 1, зеараленон - 0,2, сума токсинів Т-2 і НТ-2 - 0,06, ніваленол - 0,7 [5, c. 12]. У регіонах, де населення традиційно приймає велику кількість борошняних та круп'яних продуктів, мікотоксини, навіть при незначному вмісті їх у зерні, але при постійному надходженні в організм, викликають необоротне погіршення здоров'я. Особливо небезпечні мікотоксини для дітей, у раціоні яких зернові продукти займають істотну частку. Однак часто, зараження зерна яким-небудь видом патогена, який здатний продукувати певні мікотоксини, не відповідає рівню їх накопичення в зерні [6, c. 33]. За припущенням вчених, це пов'язано з різними факторами: взаємодією метаболітів домінуючих видів всього комплексу мікобіоти зерна, генотипом рослини та умовами навколишнього середовища.

Контроль мікотоксинів, особливо під час дозрівання, збирання та зберігання врожаю пшениці - важливий аспект економіки сільськогосподарського виробництва. Розвиток токсіногенних грибів у посівах сприяє ослабленню рослин біотичними та абіотичними факторами. Більше фузаріозом уражені рослини озимої пшениці, вирощуваної після поверхневої обробки грунту, після стерньових попередників та кукурудзи, які накопичують інфекцію. Забезпечити фізіологічну силу зернових у протистоянні фузаріозу допоможе своєчасне і дбайливе очищення полів під озимі від пожнивних рослинних залишків, з подальшим ретельним загортанням їх під час обробки, скиртування соломи віддалік озимих посівів, дотримання термінів, встановлених норм висіву та глибини загортання насіння районованих сортів, збалансованого внесення мінеральних та органічних добрив, згідно зональних технологічних рекомендацій (разом із захисними та іншими заходами по догляду за посівами). Вплив цих негативних факторів посилюється від надмірної вологи та підвищеної температури середовища.

Висновок

Захисними заходами є: суворе дотримання вимог чинного державного стандарту з контролю за посівною, якості насіння та його зараженням збудниками фузаріозу та іншими мікоінфекціями, польове інспектування насіннєвих посівів, лабораторний фітопатологічний аналіз насіння, передпосівне протруювання, з використанням сучасних хімічних і біологічних протруйників високої захисної здатності.     

Через вплив багатьох факторів на якість зерна та продуктів його переробки, необхідно ретельно дотримуватися технології вирощування зернових культур, а також технологічних та санітарно-епідеміологічних норм напротязі всього ланцюжка - від збору зерна до його переробки у кінцеві продукти.

Література:

1. Билай В.И., Пидопличко Н.М. Токсинобразующие микроскопические грибы. – К., 1970. – 123 с.

2. Методические указания по определению токсичности зерновых культур и продуктов их переработки, пораженных грибами рода фузариум секции Sporotrihiella.– М.: МЗ СССР, 1978. – 24 с.

3. Методические указания по обнаружению, идентификации и количественому определению афлатоксина в пищевых продуктах (пшеница, рис, соя). – М.: МЗ СССР, 1975. – 21 с.

4. Пономаренко В.А. Микотоксины и их роль в патологии человека и животных: Учебное пособие для врачей. – Л.,1982. – 24 с.

5. Cheeke P.R. Mycotoxins in cereal grains and supplements. In: Natural Toxicants in Feeds, Forages and Poisonous Plants. Interstate Publishing Inc., Danville, IL, USA, 1998, pp. 87-136.

6. Gelderblom W.C., Jaskiewiez K., Marasas W.F., Thiel P.G., Horak R.M., Vleggaar R., Kriek N.P. Fumonisins novel mycotoxins with cancer-promoting activity produced by Fusarium moniliforme. Appl. Environ. Micro-biol. 1988,

pp. 180-181

Науковий керівник:

доктор хімічних наук, професор, Максін Віктор Іванович.