Проблема мікотоксинів у кукурудзі

693
Проблема мікотоксинів у кукурудзі

Однією з дуже гострих і водночас недооцінених в Україні проблем є проблема мікотоксинів. Мікотоксини становлять собою вторинні метаболіти мікроскопічних грибів, які накопичуються у продуктах харчування і є небезпечними для людини та тварин.

ЩО ВВАЖАТИ МІКОТОКСИНАМИ

Мікотоксином можна вважати речовину, що відповідає чотирьом вимогам:

• є низькомолекулярною органічною речовиною;

• продукується мікроскопічними грибами;

• проявляє токсичні властивості по відношенню до людини та інших хребетних тварин;

• діє навіть у відносно невеликих концентраціях.

Основним джерелом мікотоксинів є продукти рослинництва, які були заселені токсигенними грибами під час вирощування, збирання, зберігання або переробки врожаю. Натомість існують мікотоксини, що накопичуються у продуктах тваринництва – молоці, сирі або навіть м’ясі тварин, які вживали контаміновані токсигенними грибами корми.

Здатність синтезувати токсичні метаболіти притаманна багатьом видам макро- і мікроскопічних грибів. Незважаючи на те, що слово «мікотоксин» дослівно перекладається як «грибний токсин», цей термін можна застосувати далеко не до кожної отрути грибного походження.

ІСТОРІЯ ПИТАННЯ

Той факт, що мікотоксини є постійною і серйозною загрозою здоров’ю людини та тварин, люди усвідомили відносно недавно. Вагомим стимулом, який спровокував сплеск токсикологічних досліджень у другій половині ХХ ст., стала загадкова загибель 100 тисяч індиків на одній з птахофабрик Великої Британії у 1960 р. В результаті проведених досліджень було встановлено, що птахи отруїлися грибним токсином афлатоксином, який містився у комбікормі. Одним із компонентів комбікорму, яким годували індиків, виявилося арахісове борошно, а плоди арахісу, імпортованого з Бразилії, були колонізовані цвілевим грибом Aspergillus flavus і містили отруту. Власне кажучи, сам термін «мікотоксин» був запроваджений у 1962 р. після встановлення причин цієї ветеринарної кризи.

За своєю хімічною природою і дією на організм жертви мікотоксини дуже різноманітні. Серед них є загальнотоксичні, нефротоксичні, гепатотоксичні, імуносупресивні, гормоноподібні, канцерогенні та мутагенні речовини.

Залежно від вмісту, вживання мікотоксинів може призвести до гострого отруєння (навіть смерті) або спричинити довгостроковий негативний вплив на здоров’я. Гострі мікотоксикози спричиняються великими дозами токсинів і трапляються не дуже часто. Значно частіше спостерігається постійне вживання незначних доз токсинів, наслідком чого є виникнення хронічних хвороб кишківника, нирок і печінки, порушення роботи імунної системи, гормональні розлади, а також виникнення онкологічних захворювань.

На сьогодні описано приблизно 400 мікотоксинів, але їх перелік ще далеко не повний, оскільки щороку до нього додаються нові. У 2004 р. було започатковано всесвітню програму дослідження забруднення продуктів харчування та кормів мікотоксинами. У результаті аналізу майже 20 тисяч зразків продукції з різних регіонів земної кулі було встановлено, що 72% проб були колонізовані токсигенними грибами, при цьому 38% зразків містили суміш двох або більше мікотоксинів.

НАЙБІЛЬШ ПОШИРЕНІ МІКОТОКСИНИ

Найбільш поширеними мікотоксинами є афлатоксин, фумонізин, деоксініваленол, зеараленон та охратоксин А.

  • Афлатоксини є причиною виникнення раку печінки; вони також уповільнюють розвиток дитини.
  • Фумонізини пов’язують із раком стравоходу та дефектами центральної нервової системи.
  • Деоксініваленол та інші трихотецени мають імунотоксичні властивості, а також спричиняють гастроентерит.
  • Зеараленон призводить до суттєвих розладів гормональної системи.
  • Охратоксин А може стати причиною хронічних захворювань нирок.

Коротку інформацію про найбільш поширені та небезпечні мікотоксини узагальнено в таблиці.

Найбільш поширені та небезпечні мікотоксиниЯк видно з таблиці, кукурудза є дуже сприятливим субстратом для розвитку токсигенних грибів. Тому кукурудзяне зерно, комбікорми та силос можуть містити широкий спектр мікотоксинів.

КЛАСИФІКАЦІЯ

Гриби, які виробляють мікотоксини, умовно можна поділити на фітопатогенні, які заражають живі рослини під час вегетації, та сапротрофні, що колонізують врожай у разі його невчасного збирання або при порушенні вимог транспортування та зберігання.

Серед мікотоксигенних грибів найбільш поширеними та небезпечними є представники родів Aspergillus, Fusarium, Alternaria та Penicillium.

З них фузарії зазвичай починають колонізувати рослини як паразити, а завершують як сапротрофи; решта є сапротрофами, тобто колонізують рослини кукурудзи від моменту, коли розпочинається їх природне відмирання.

Класифікація мікотоксигенних грибів

Спеціалізованим продуцентом мікотоксинів на кукурудзі також є збудник диплодіозу (сухої гнилі) – гриб Diplodia maydis, який продукує нейротоксини. Нижче буде наведено коротку характеристику основних мікотоксинів, що трапляються у кукурудзі.

АФЛАТОКСИНИ

Основним продуцентом афлатоксинів є пліснявий гриб аспергіл жовтий (Aspergillus flavus). Власне, від латинської назви цього гриба і походить назва всієї групи токсинів. Група афлатоксинів містить кілька близьких за хімічною структурою сполук: B1, B2, G1 і G2. Назви афлатоксинів визначаються їх положенням на хроматограмі та забарвленням у променях ультрафіолету. Наприклад, перша смужка синього кольору відповідає афлатоксину B1 (від англ. blue – синій). Подібним чином друга смужка зеленого кольору відповідає афлатоксину G1 (від англ. green – зелений). Серед перерахованих вище найбільш поширеним і небезпечним є афлатоксин B1.

Афлатоксини накопичуються в різних продуктах рослинного походження. Сучасні дослідження показали, що приблизно чверть врожаю зернових культур у світі містить афлатоксини. Нерідко афлатоксини залишаються і у продуктах переробки рослинної сировини.

Афлатоксини – одні з найбільш підступних мікотоксинів: вони здатні накопичуватися не лише в рослинних продуктах, а й у молоці. Встановлено, що коли корова їсть контаміновані аспергілом жовтим корми, афлатоксин B1 трансформується в афлатоксин M1 (від англ. milk – молоко) і накопичується в молоці.

Вплив афлатоксинів на організм досить різноманітний: токсичний, мутагенний, тератогенний, канцерогенний та ембріотоксичний. Основний орган-мішень – печінка. Встановлено, що цитохром Р450-оксидаза печінки переводить афлатоксини в форму 8,9-епоксидів. У цій формі афлатоксини мають високу біологічну активність і здатні необоротно зв’язуватися з ДНК і білками, що може привести до загибелі клітини. Крім того, епоксидна форма афлатоксину провокує транверсії нуклеотидів в ДНК, а також необоротно блокує ген придушення пухлин р53.

При гострому афлатоксикозі трапляється летальний ефект, викликаний відмиранням клітин печінки. При хронічному спостерігається печінкова недостатність, імунна супресія, часто – рак печінки. Доведено, що саме афлатоксини є основною причиною виникнення раку печінки. У країнах із низькою культурою землеробства частота виникнення раку печінки в 20 разів вища, ніж у розвинених.

ФУМОНІЗИНИ

Фумонізини були вперше описані й охарактеризовані у 1988 р. Свою назву вони отримали від латинської назви гриба-продуцента – Fusarium monilifome (сучасна назва цього гриба Fusarium verticillioides). Фумонізини можуть бути виявлені в різних продуктах рослинного походження. Найчастіше це кукурудза, колосові злаки, просо та сорго.

Найбільш поширеним і небезпечним представником фумонізинів є фумонізин В1. Ця речовина порушує синтез сфінголіпідів, які беруть участь у формуванні мембран нервових клітин. Вживання фумонізинів провокує низку захворювань нервової системи, зокрема, лейкоенцефаломалацію.

Серед мікотоксигенних грибів найбільш поширеними та небезпечними є представники родів Aspergillus, Fusarium, Alternaria та Penicillium
Серед мікотоксигенних грибів найбільш поширеними та небезпечними є представники родів Aspergillus, Fusarium, Alternaria та Penicillium

Доведено, що часте вживання навіть малих доз фумонізинів може спричинити розумову відсталість у дітей. Крім цього, фумонізини є канцерогенними речовинами і здатні спровокувати виникнення раку стравоходу і кишківника.

ОХРАТОКСИНИ

Охратоксини були вперше виділені з гриба аспергіл вохряний (Aspergillus ochraceus) у 1965 р. У наступні роки вони були виявлені у цілої низки видів роду Aspergillus, а також деяких видів Penicillium (наприклад, Penicillium verruccosum). Існує кілька різних охратоксинів (A, B і C), найбільш небезпечним з яких вважається охратоксин А.

Охратоксин А може накопичуватися в різних рослинних продуктах: зерні кукурудзи та колосових злаків, рисі, каві, винограді. Охратоксин А порушує транспорт амінокислоти фенілаланіну та синтез АТФ в мітохондріях, а також стимулює перекисне окислення ліпідів у мембранах. Крім того, охратоксини є потужними імуносупрессантами, тератогенами й канцерогенами.

Найбільш уражуваним органом під впливом цього токсину є нирки. Відносно недавно було доведено, що саме охратоксин А є основною причиною так званої «ендемічної Балканської нефропатії» – хронічного нефриту в жителів Румунії, Болгарії та країн колишньої Югославії. Це захворювання обумовлене частим вживанням жителями Балкан вин домашнього приготування, які містять охратоксини.

ТРИХОТЕЦЕНИ

Трихотецени – найбільший клас, що містить найрізноманітніші мікотоксини. Ці токсини синтезуються грибами з родів Fusarium, Cephalosporium, Myrothecium, Stachybotrys, Trichoderma, Trichothecium та ін. Перший представник цієї групи токсинів був виділений у 1948 р. із гриба Trichothecium roseum.

Всі трихотеценові токсини є сесквітерпенами і залежно від структури молекули поділяються на 4 групи: А, В, С і D:

  • група А: Т-2 токсин, діацетоксі-скірпенол та ін.;
  • група В: трихотецин, деоксиніваленол, ніваленол та ін.;
  • група С: рорідин А;
  • група D: кротовин.

За механізмом дії всі трихотецени є інгібіторами синтезу білка. Вони мають загальнотоксичну дію та спричиняють різноманітні захворювання внутрішніх і зовнішніх органів: переважно імунологічні, неврологічні й дерматологічні хвороби.

Найбільш поширеним трихотеценом на кукурудзі є деоксініваленол (ДОН). При потраплянні в організм жертви цей токсин часто викликає головний біль, запаморочення, нудоту, блювоту і пронос, тому для найменування цієї речовини інколи використовують назви-синоніми – блювотний токсин або вомітоксин. Тварини, що вживали корми з деоксініваленолом, часто втрачають апетит і майже не набирають вагу.

Трихотецени є одними з найбільш небезпечних для людини мікотоксинів. Деякі з них було взято за основу при розробці зброї масового знищення.

ЗЕАРАЛЕНОН

Зеараленон отримав назву від латинської назви гриба Gibberella zeae, який зазвичай колонізує кукурудзу (Zea mays). Цей гриб більш відомий за назвою нестатевої стадії – Fusarium graminearum. Фітопатогенний гриб здатний колонізувати різноманітні злаки, але основним субстратом є саме кукурудза.

Порівняно з іншими мікотоксинами, зеараленон – відносно малотоксична сполука. Напівлетальна доза цього токсину для ссавців (LD50) становить приблизно 10 міліграмів/кг. Ймовірність гострого отруєння людини або тварини цим токсином вкрай мала, але це не свідчить про те, що цей токсин не може завдати великої шкоди.

Зеараленон є структурним аналогом жіночих статевих гормонів, так званим мікоестрогеном (або грибним естрогеном). Цей токсин має виражені протизаплідні й абортивні властивості, значно порушує гормональний баланс, а також знижує фертильність у чоловіків та жінок. Вживання цього токсину свійськими тваринами негативно впливає на продуктивність тваринництва.

АЛЬТЕРНАРІЄВІ ТОКСИНИ

Основним продуцентом альтернарієвих мікотоксинів є напівсапротрофний гриб Alternaria alternata (=A. tenuis). Альтернарієві токсини мають сильні цито- та ембріотоксичні властивості, є мутагенами та канцерогенами.

Зокрема, вони спричиняють захворювання суглобів (хвороба Кашина-Бека), нейропсихологічні розлади, відмирання клітин нирок, печінки та нервової системи, а також є однією з причин виникнення раку стравоходу.

НЕЙРОТОКСИНИ DIPLODIA MAYDIS

Мікотоксини фітопатогенного гриба Diplodia maydis були описані зовсім недавно. У 2011–2014 рр. було встановлено, що цей вид може продукувати небезпечні нейротоксини: диплонін, диплодіатоксин і хетоглобозин К. Наявність цих токсинів призводить до дегенерації білої речовини мозочка та поступової атрофії мозку. У великої рогатої худоби, овець і кіз, що вживають ці токсини, спостерігається зниження апетиту, порушення координації дій (атаксія), тремор м’язів і парез. З огляду на те, що гриб D. maydis, окрім ураження качанів кукурудзи, спричиняє стеблову гниль, ці токсини можуть бути присутніми у силосі.

ВИСНОВКИ ТА РІШЕННЯ

Забруднення харчових продуктів і кормів мікотоксинами є глобальною проблемою, але найбільш гостро вона постає у країнах із низькою культурою землеробства. Важливими заходами щодо запобігання розвитку мікотоксигенних грибів на кукурудзі є підбір якісного насіннєвого матеріалу, дотримання сівозміни, контроль розвитку шкідників, своєчасне збирання врожаю (запобігання перестою врожаю в полі), якісне та своєчасне висушування зерна, а також застосування фунгіцидів.

О. Ю. Акулов, засл. працівник освіти України, канд. біол. наук, доцент кафедри мікології та фітоімунології Харківського національного університету ім. В. Н. Каразіна, за матеріалами інформаційного бюлетеня «Зелені сторінки»

Опубліковано в журналі “Агроном”, 2019

Найсвіжіші матеріали читайте в журналі «Агроном». Слідкуйте за головними агрономічними новинами на нашій сторінці у Facebook та каналі в Telegram