Wykrywanie mykotoksyn – dlaczego jest tak istotne?

Większość grzybów drożdżopodobnych i pleśniowych występujących w środowisku naturalnym ma na nie pozytywny wpływ, biorąc udział w obiegu materii. Jednak niektóre z nich, spotykane także w uprawach rolniczych, oraz wytwarzane przez nie mykotoksyny stanowią potencjalne czynniki zagrożenia dla roślin, ale przede wszystkim dla zdrowia i życia ludzi i zwierząt hodowlanych.

Niektóre gatunki grzybów drożdżopodobnych i pleśniowych przyczyniają się do procesu rozkładu żywności, wytwarzają enzymy, które powodują obniżenie wartości odżywczych i organoleptycznych produktów spożywczych. Jednak największy problem stanowi żywność skażona toksynami produkowanymi przez grzyby – to częsta przyczyna zatruć pokarmowych u ludzi i zwierząt. Produkty zakażone grzybami i/lub ich toksynami stanowią źródło patogenów, a nawet stwarzają niebezpieczeństwo zakażeń układowych, bardzo groźnych dla zdrowia i życia człowieka oraz zwierząt hodowlanych.

Mykotoksyny – charakterystyka

Mykotoksyny to toksyny będące wtórnymi metabolitami wytwarzanymi przez szczepy grzybów występujących w żywności, przetworach i paszach głównie pochodzenia roślinnego. Są to naturalne związki biologicznie czynne. Często niewidoczne i bezsmakowe oraz odporne na działanie wysokich temperatur i stabilne podczas długich okresów przechowywania. Są też niewrażliwe na wiele procesów technologicznych, takich jak gotowanie, smażenie, pieczenie, destylacja, fermentacja, konserwacja, więc mogą być obecne w produktach spożywczych otrzymanych z zanieczyszczonych surowców.

Właśnie dlatego występowanie mykotoksyn jest bardzo ważnym zagadnieniem dotyczącym bezpieczeństwa żywności i stwarza konieczność stawiania wysokich wymagań dotyczących produkcji żywności i pasz, na każdym jej etapie, oraz sposobów i warunków ich przechowywania. Mykotoksyny można podzielić na endotoksyny – magazynowane wewnątrz grzybni – oraz egzotoksyny, które szybko rozprzestrzeniają się, dyfundując z grzybni do otaczającego środowiska .

 Występowanie

Mykotoksyny wytwarzane są przez grzyby z rodzaju Aspergillus, Penicillium i Fusarium. Najczęściej izolowane są ze zbóż, warzyw, kukurydzy, fasoli, orzechów, kawy, nasion oleistych, a także z nasion roślin strączkowych, owoców i przypraw. Wraz z nimi trafiają do organizmu człowieka, wywołując niebezpieczne dla zdrowia mykotoksykozy. Jednym z głównych źródeł mykotoksyn jest pasza dla zwierząt. Jest to bardzo ważne, ponieważ toksyny te pozostają także w produktach spożywczych otrzymanych z organizmów zwierząt hodowlanych. Mogą również powodować straty w hodowli zwierząt przez wywołanie chorób. W skrajnych przypadkach prowadzących do śmierci zakażonych osobników. Istotnym czynnikiem sprzyjającym rozwojowi grzybów i produkowanych przez nie mykotoksyn są warunki przechowywania żywności, np. duża wilgoć, podwyższona temperatura, długi czas przetrzymywania. Aby temu zapobiegać, należy unikać uszkodzeń mechanicznych płodów rolnych i gotowych wyrobów żywnościowych oraz zmniejszyć poziom wilgoci i utrzymywać niskie temperatury podczas przechowywania produktów.

Podczas badań prowadzonych nad mykotoksynami wykryto tzw. mykotoksyny zamaskowane. Są to związki będące produktem reakcji obronnej rośliny na obecność mykotoksyn. Poprzez reakcje enzymatyczne zachodzące we wnętrzu rośliny po rozpoznaniu toksyny, mykotoksyny są przekształcane w związki nieczynne. Związki te to koniugaty, które nie wykazują właściwości toksycznych względem rośliny, np. deoksynawenol-3-glukozydu (DON-3G) w próbkach kukurydzy i pszenicy. Roślina przechowuje takie zmienione przez siebie związki w wakuolach komórkowych. Zamaskowane mykotoksyny powstają nie tylko w wyniku reakcji obronnych roślin, ale także w efekcie niektórych procesów technologicznych żywności. Dotyczy to zwłaszcza produktów zbożowych. Niestety, utworzenie zmienionych (zamaskowanych) mykotoksyn nie zabezpiecza zwierząt i ludzi przed zatruciami. Najczęściej zamaskowanymi mykotoksynami są toksyny wytwarzane przez grzyby z rodzaju Fusarium.

Przegląd mykotoksyn występujących w żywności wraz ze szczepami grzybów, od których pochodzą

Mykotoksyna	Szczep	Występowanie w produktach spożywczych
Aflatoksyna – grupy B1, B2, G1, G2 oraz M1	Aspergillus flavus, A. parasiticus, A. nomius, Penicillium spp., Mucor spp., Rhizopus spp.	Orzechy, zboże, nasiona roślin strączkowych, przyprawy, winogrona/rodzynki, piwo oraz mięso suszone, trwałe i suszone kiełbasy, ryby i mleko
Ochratoksyna	Aspergillus ochraceus, A. melleus, A. sulphureus, A. allianus, Penicillium verrucosum, P. viridicatum	Zboże, warzywa, kukurydza, ryż, fasola, soja, orzeszki ziemne, soki owocowe (jabłkowy, winogronowy), ziarna kakaowe, płatki owsiane, chleb pszenny i żytni, mak i czarny pieprz
Patulina	Penicillium expansum, P. urticae, P. patulum, Aspergillus clavatus, A. giganteus, A. ochraceus, Byssochlamys nivea, Byssochlamys fulva	Kiełbasy, pieczywo, owoce (jabłka, gruszki), soki owocowe (jabłkowe, gruszkowe), miód, ryż
Zearalenon	Fusarium graminearum, F. roseum, F. culmorum, F. crookwellense	Kukurydza, pszenica, fasola, ryż
Fumonizyny	Fusarium moniliforme, Fusarium proliferatum	Kukurydza, mąka, kasza, płatki kukurydziane
Niwalenol	Fusarium nivale	Pszenica, fasola
Deoksyniwalenol (DON)	Fusarium poae, F. sporotrichioides, F. crookwellense, F. culmorum, F. graminearum	Zboża (jęczmień, pszenica) oraz kukurydza
Kwas byssochlaminowy	Byssochlamys fulva	Soki owocowe
Kwas kladosporynowy	Cladosporium epiphyllum, Cladosporium fagi	Zboże
Luteoskiryna	Penicillium islandicum	Ryż żółty
Maltoryzyna	Aspergillus oryzae	Kiełki słodowe
Kwas penicylinowy	Penicillium martensii, P. puberulum, P. cyclopium, Aspergillus ochraceus	Ryż, mąka, kukurydza, fasola, salami, sery
Psoralen	Sclerotinia sclerotiorum	Warzywa, zwłaszcza selery
Rubratoksyna	Penicillium rubrum	Zboże
Sterigmatocystyna	Aspergillus versicolor, A. nidulans, Biopolaris spp.	Mąka, przetwory owocowe, przyprawy
Cytrynina	Penicillium citrinum, Aspergillus candidus, A. terreus	Ryż, mąka, fasola

W tabeli został przedstawiony przegląd mykotoksyn występujących w żywności, wraz ze wskazaniem szczepów grzybów, od których pochodzą. Wymienione mykotoksyny wykazują silne działanie biologiczne. Na przykład aflatoksyna jest jednym z głównych czynników powodujących nowotwory wątroby u człowieka, a ochratoksyna jest i rakotwórcza, i neurotoksyczna. Kolejnym przykładem jest znana rolnikom patulina, wytwarzana głównie przez Penicillium expansum, powodująca mokrą zgniliznę owoców, która wykazuje działanie neurotoksyczne, teratogenne i immunosupresyjne. Natomiast zearalenon (toksyna F-2) to mykotoksyna o działaniu estrogennym – wpływając na układ hormonalny, może prowadzić do bezpłodności u ssaków – występująca przede wszystkim w zbożach i kukurydzy. Przez udowodnione niekorzystne działanie mykotoksyn na organizmy ludzkie i zwierzęce ich obecność w żywności wpływa na rentowność jej produkcji. Z tego powodu identyfikacja i rozwiązanie tego problemu są bardzo ważne dla rolników.

Zapobieganie rozwojowi

W celu zapobiegania szkodliwemu działaniu mykotoksyn stosuje się liczne metody ich eliminacji i detoksykacji. Nie ma możliwości całkowitego pozbycia się grzybów, a więc i produktów ich metabolizmu, ale należy je znacznie ograniczyć, wdrażając działania prewencyjne, takie jak stosowanie zasad agrotechniki, przestrzeganie terminu siewu (aby uniknąć pokrycia się czasu kwitnienia np. kukurydzy z momentem uwalniania zarodników grzybów pleśniowych), a także cykliczne badania gleby, części roślin i zbiorów oraz odpowiednie postępowanie w przypadku pozytywnych wyników na zawartość grzybów wytwarzających mykotoksyny. Szczególnie ważnym aspektem jest prawidłowa ochrona fungicydowa oraz herbicydowa i insektycydowa upraw – niestety, zarówno chwasty, jak i owady mogą być przyczyną zwiększenia porażenia roślin przez grzyby. W przypadku warunków przechowywania żywności powinno się stosować metody minimalizujące warunki sprzyjające rozwojowi grzybów – fizyczne (segregowanie, mycie, obłuskiwanie, napromieniowanie), biologiczne i chemiczne.

 Stosowane analizy

Przy wykrywaniu szczepów toksynotwórczych duże znaczenie mają sprawdzone metody biologii molekularnej. Opierające się na analizie struktury kwasów nukleinowych, które pozwalają na szybką identyfikację grzybów i produkowanych przez nie mykotoksyn. Jedną ze stosowanych technik ilościowych, niezwykle czułych i charakteryzujących się dużą dokładnością, jest wysokosprawna chromatografia cieczowa sprzężona z tandemową spektrometrią mas (LC MSMS). Bardzo istotne dla uzyskania prawidłowego wyniku w analizie ilościowej jest dobranie odpowiedniego typu spektrometru i stosowanie właściwego trybu pracy. Praktyczne zastosowanie w diagnostyce szczepów toksynotwórczych znajdują także testy immunoenzymatyczne ELISA (Enzyme-linked immunosorbent assay), szczególnie w przypadku badania żywności. Za pomocą testów ELISA można wykonać analizę jakościową i ilościową poszczególnych mykotoksyn w wybranych produktach spożywczych. Do wykrywania mykotoksyn stosowana jest również chromatografia powinowactwa immunologicznego z detekcją fluorymetryczną. Metoda ta polega na specyficznym wiązaniu znanych przeciwciał z mykotoksynami. Najczęściej znajduje ona zastosowanie w przemyśle spożywczym.

Kolejnym skutecznym badaniem na obecność mykotoksyn jest badanie cytotoksyczności mykotoksyn – polega ono na wykonaniu testów, np. Testu Kultur Komórkowych (MTT), który pozwala na wykrycie w żywności i paszach substancji powstających pod wpływem działania mykotoksyn. Test MTT charakteryzuje się wysoką czułością, ponieważ użyte w nim komórki świńskich nerek są wrażliwe na większość mykotoksyn. Działanie testu polega na przemianie soli tetrazoliowych do formazanu – zachodzi wówczas reakcja barwna. Komórki uszkodzone przez mykotoksynę nie przeprowadzają w pełni lub w ogóle tej reakcji. Stopień przemiany chemicznej mierzy się fotometrycznie. Na podstawie badań przy wykorzystaniu testu MTT ustalono, że największą cytotoksyczność wykazują następujące toksyny: nivalenol, aflatoksyna, ochratoksyna A oraz detoksy-niwalenol. Analizy zawartości mykotoksyn pozwalają producentom żywności (rolnikom) i hurtownikom mieć świadomą kontrolę nad ich ilością w plonach i jakością oferowanych produktów.

 

Joanna Jędrzejewska/Instytut Agronomiczny Fertico