Mykotoksiner og mat

Mykotoksiner og mat

Gunnar Sundstøl Eriksen

Veterinærinstituttet

Innhold

• Hva er mykotoksiner og hvor kommer de fra?

• Kort presentasjon av de viktigste mykotoksinene i mat (og fôr) og oppsummering av toksikologien til disse

• Risikovurderinger og beregnet inntak fra mat

Mykotoksiner

• Defineres som

Naturlige produkter produsert av muggsoppsom medfører en toksisk respons når den er gitt til høyere vertebrater (og andre dyr) via en naturlig eksponeringsvei (Bennett, 1997).

Toksinproduserende muggsopper

• Stort antall i hele verden

• Deles i feltsopp og lagersopp

• Viktigste slektene i matvarer er antagelig:

Aspergillus Lagersopp

Penicillium Lagersopp

Fusarium Feltsopp

Alternaria Feltsopp

Eksempler på Aspergillus arter og toksiner

Art Toksin

A. giganteus Kojic acid, patulin, ascladiol, A. clavatus clavatol, cytochalasin, kojicx acid, kotanine, patulin,

tryptoquivalines, A. fumigatus Fumigaclavines, fumigallin, fumigatin, fumitoxins,

fumitremorgenes, gliotoxin, kojic acid, spinulosin, tryptoquivalines verrucalogen

A. sulphureus Neoaspergillic acids, ochratoxins, penicillic acid, viomellin, xanthomegnin

A. scleroticum Neoaspergillic acids, ochratoxins, penicillic acid A. ochraceus Emodin, kojhic acid, Neoaspergillic acids,

ochratoxins, penicillic acid, secalonic acid A, viomellin, xanthomegnin

A. flavus Aflatoxins, aflatrem, aflavinin, aspergillic acids, cyclopiazonic acids, kojic acid

A. parasiticus Aflatoxins, aspergillic acids, kojic acid, neoaspergillic acid

Penicillium arter og toksinerArt Toksin

P. camemberti Cyclopiazonic acid

P. chrysogenum Roquefortine C, meleagrin, penicillin, thomatrem A & B

P. commune Cyclopiazonic acid, fumigaclavin A & B,rugulovasin A & B

P. crustosum Penitrem A, Roquefortine C, terrastric acid

P. rockefortii Isofumigaclavin A & B, PR-toxin, roque-fortine C, mycophenolic acid,

P. verrucosum Citrinin, Ochratoksin A

P. viridicatum Penicillic acid, viomellin, vioxanthin, viridin acid, xanthomegnine

Fusariumarter og toksiner

• Art Toksin produksjon• F. acuminatum T-2, HT-2 DAS, MAS, MON, NEO• F. avenaceum MON, Enniatiner, Fus-C

• F. culmorum DON, ZEN, NIV, Fus X, Fus C, aDON,

• F. graminearum DON, ZEN, A-DON, NIV, fusX, FusC

• F. oxysporum MON

• F. poae DAS, MAS, NIV, Fus-X, T-2, HT-2, Fus C

• F. langsethi T-2, HT-2

• F. sporotrichioides T-2, HT-2, DAS, NEO, Fus C

• F. verticilloides FUM, Fus C

Viktigste mykotoksiner i mat og fôr

•Aflatoksin•Ochratoksin A•Trichothecener•Fumonisiner•Zearalenone?

De samme toksinene produseres av flere arter. I blant av arter fra flere slekter.

Aflatoksin

• Julegiften

• Finnes i : Julevarer som dadler, fiken, etc. men også i nøtter, bokkhvete, fôr og høy.

• Det finnes flere varianter av aflatoksin.

Vanligst er aflatoksin B1

• Produseres hovedsakelig av Aspergillus flavus og A. parasiticus

Aflatoksin metabolisme

Aflatoksin mekanisme

• Bindes til DNA

• gentoksisk

Aflatoksin - effekter

• Akutt hepatotoksisk i store doser. Fjørfe spesielt følsomt.

• Påvirker vekt og farge på mange indre organer i fjørfe.

• Akutt immunotoksisk i store doser, spesielt på cellulært mediert immunforsvar

• Karsinogen. Aflatoksin B1 en av de mest potente kjente leverkarsinogener.

Aflatoksin - karsinogenitet

• Gentoksisk• M1 en potens mindre potent enn B1

• Effekten potensieres av hepatitt B virus (økt epoksideringen)

• JECFA: 0,3 krefttilfeller/år/100.000/ ng/kg bw (0,05 – 0,5) Hepatitt B positive0,01 krefttilfeller/år/100.000/ ng/kg bw (0,002 – 0,03) Hepatitt B negative

Aflatoksin - Oppsummering

• Aflatoksin er en potent karsinogen som produseres av A. flavus og A. parasiticus

• Toksinet rammer spesielt befolkningen i tropiske områder

• Potensieres av infeksjon med hepatitt B virus.

Ochratoksin A

• Produseres hovedsakelig av arter av

slektene Penicillium og Aspergillus

(P. verrucosum, P. nordicum, Aspergillus ochraceus,

A. niger, A.sulphurus, A. carbonarius)

•Penicillium i tempererte områder, Aspergillus i varmere strøk

• Forekomst: korn, druer, vin, kaffe, kjøttprodukter inneholdende blod, bønner, nøtter etc.

Ochratoksin A

• Kinetikk:– Langsomt opptak– Distribusjon via plasma til nyre. Lavere konsentrasjoner i lever,

muskel og fett.– Lang halveringstid – bindes blant annet i plasma. Dette gir lang

oppholdstid i plasma. Och A finnes derfor i kjøttprodukter som et resultat av forekomster i fôr.

– I mennesker er halveringstiden ca. 35 dager– Akkumuleres i nyre. Lavere konsentrasjoner påvises også i

lever, muskel, og fett.– Restmengder av Och A finnes derfor i kjøtt. – Och A skilles ut i melk, men i liten grad i drøvtyggere. Finnes

derfor lite i melk og melkeprodukter

Ochratoksin A - mekanisme

• Apoptose ved lave konsentrasjoner, nekrose ved høyere konsentrasjoner.

• Inhiberer glukoneogenesen spesielt i nyrene

• Inhiberer utskilling av insulin

• Inhiberer proteinsyntese in vivo og in vitro.

Ochratoksin A – Effekter I

• Oral LD 50:ART Dose

(mg/kg bw)

Mus 46 – 58

Rotte 20 - 30

Hund 0,2

Gris 1

Kylling 3,3

Ochratoksin A – Effekter II

• Gentoksisk (?)

• Karsinogen i forsøksdyr. Ikke bevis for mennesker (klasse 2B)

• Teratogen

• Nyretoksisk. Vevskader i proksimale tubuli

• Immunosuppresiv. Spesielt skader på B-cellesystemet. Gir også patologiske skader på lymfevev, lymfeknuter i tarmen.

Ochratoksin A – vurdering

• JECFA: PTWI 100 ng/kg bw (nyreeffekt)

• Nordisk TDI: 5 ng/kg bw (karsinogen)

• Canada: : 1,2 – 5,7 ng/kg bw/dag (karsinogen)

• Inntak estimert i Norge:

3,14 ng/kg bw/dag (menn) 3,02ng/kg bw/dag (kvinner)

Fumonisin• Oppdaget så sent som i slutten av åttitallet.

•Produseres hovedsakelig av

Fusarium verticilloides og F. proliferatum.

• Finnes hovedsakelig i mais fra mange deler av verden.

• Lite undersøkt i Norge?

Fumonisiner - Mekanisme

• Fumonisiner forstyrrer fettmetabolismen

Eksakt mekanisme ikke helt kartlagt

• To ulike forklaringsmodeller foreligger. Vist å inhibere syntesen av sphingolipider (viktige molekyler i regulering av cellevekst, differensiering etc)

Fumonisiner - kinetikk

• Lav absorpsjon fra tarm (estimert til 4% i rotter og mus)

• Rask distribusjon og eliminasjon, hovedsakelig i faeces

• Liten eller ingen påvist metabolisme

• Høyest konsentrasjoner i lever og nyre

• Ingen akkumulasjon i kjøtt, egg eller melk

Fumonisiner – effekter I

• Ingen data for akutt toksisitet (LD50), men indikasjoner på lite akutt toksisk

• Gir skader i lever og redusert levervekt

• Samme skader i nyre i en del studier, ikke alle.

• Også i hjertet, men i høyere doser

Fumonisiner – effekter II

• Hjerneskader i hest

• Lungeødem og væske i lungene i griser

• Karsinomer i nyrer antatt å være sekundær til nyretoksisiteten

• Ikke direkte gentoksisk

• Mennesker ?

Fumonisin - vurderinger

•JECFA 2001: PMTDI 2 µg/kg bw–basert på NOEL fra skader på nyre med faktor 100– Ingen norsk inntaksberegning– Estimert inntak i andre land:

Snitt: 0,06 – 1* µg/kg bw

90th persentil: 0,08 - 0,1

Zearalenone

• Produseres av blant annet F. verticilloides , F. equiseti, F. cerealis, F.

culmorum, F. graminearum,• Finnes mest i mais, men også i andre

kornslag • Høyeste konsentrasjoner i mais fra

varmere strøk

Zearalenone - metabolisme

.• Konjugeres

• Hydroksyl

• rask absorpsjon

• skilles ut i urin eller faeces, (artsforskjell)

• Raskere i arter via galle enn i arter via urin

• Enterohepatisk reabsorpsjon

•Zearalanol

Zearalenone - mekanisme

• Zearalenone bindes til østrogenreseptorene• Zearalenone virker som østrogen• α-zearalenol sterkere østrogen• β- zearalenol svakere• α- Zearalanol sterkt østrogenvirkning

Zearalenone - effekter

• LD50 > 2000 - > 20000 mg/kg bw

• For tidlig kjønnsmodning• nedsatt reproduksjon• Sauer og griser mest følsomme (konstant

oestrus). Mennesker ?• ikke gentoksisk• karsinogen ?

Zearalenone - vurdering

• JECFA 1999: Primært østrogeneffekt Eventuell karsinogen effekt sekundært til dette.

• PTWI 500 ng/kg bw/uke (ca 71ng/kg bw/dag)

Zearalenone - inntak

Mean High level (95th percentile)Mean 1 Range Mean1 Mean 1x High levelMean 1 Mean1xHigh level

WHEAT / white flour 122 211 3,3 < LOD - 68 403 696 5 9WHEAT /wholewheat 65 119 3,3 < LOD - 68 215 393 3 5RYE 3 16 3,4 < LOD - 5 10 54 0 1BARLEY 6 23 2,9 < LOD - 11 18 67 0 1OATS 8 25 4,2 < LOD - 64 34 105 0 1Corn fractions 15,7 < LOD - 59 0 0Polenta 11,6 < LOD - 53,5 0 0Corn flakes 2 7 3,3 < LOD - 13,9 7 23 0 0Sweet corn 2,47 < LOD

Total intake 685 1338 8 17

Food Consumption level in food Intake of zeralenone Intake of zeralenone

g/person/day (ug/kg) ng/person/day ng/kg body weight/day

TrichothecenerO16

O

CH2

R3

R5

R4R2

12

1

3

4

5

6

7

8

13

10

15

9

H

2

H

11

14

R1

Trichothecene R1 R2 R3 R4 R5

Type A

HT-2 toxin OH OH OAc H OCOCH2CH(CH3)2

T-2 toxin OH OAc OAc H OCOCH2CH(CH3)2

Diacetoxyscirpentriol OH OAc OAc H H

Type B

Deoxynivalenol OH H OH OH O

3-acetyl- deoxynivalenol OAc H OH OH O

15-acetyl- deoxynivalenol OH H OAc OH O

Nivalenol OH OH OH OH O

Fusarenon X OH OAc OH OH O

Trichothecener - forekomst

• Trichothecener i mat produseres av ulike Fusarium arter. • Vanlige i tempererte og varmere områder (artsavhengig).

Toxin Cereal Positive samples (%)

Mean of means (mg/kg)

DON Wheat 56 0.39 Oat 97 0.089 Barley 72 0.72

T-2 Toxin Wheat 4 0.002 Oat 29 0.021 Barley 10 0.002

HT-2 toxin Wheat 10 0.002 Oat 33 0.035 Barley 9 0.004

Trichothecener -

Kinetikk– Tas raskt opp. – Ingen akkumulasjon– Rask utskilling i urin og/eller faeces– Ingen betydelige rester i kjøtt, egg eller melk.

Metabolisme– glukuronid konjugeres– Sidekjeder avspaltes

Trichothecener - metabolisme

Trichothecener - mekanismer

• Hemmer proteinsyntesen

• DNA syntesen (sekundært til proteinsyntese?)

• Mitokondriefunksjonen (?)

• Påvirker membranens funksjon

• Gir apoptose

Trichothecener – effekter I

Immunforsvaret– Mange ulike effekter observert på både

antistoffproduksjon og cellulært immunforsvar– Påvist nedsatt forsvar mot infeksjoner i

forsøksdyr– Påvist økt motstand mot infeksjon i mus– Økt IgA fra lymfesystem i tilknytning til GI

Trichothecener – effekter II

redusert forinntak – Forsøksdyr spiser mindre (uklar dose-

respons)– Fører til redusert vekst– Gris spesielt følsomt. Drøvtyggere lite

følsomme. Fjørfe mellom.– Dyrt for bønder– Dyrevelferd?

Trichothecener – effekter III

Karsinogen effekt– T-2 karsinogen? Påvist adenocarcinomer i

mus, men studien ikke fullgod. Finnes ingen fullgod studie.

– Ikke gentoksisk– Ingen karsinogen effekt i 2-årsstudie med

DON.

Trichothecener – humane data

• Epidemier i Russland

• Flere uutbrudd i India, Kina, Japan

• Vanskelig på dokumentere årsak

• T-2 Brukt som krigsgass?

Trichothecener - vurdering

•JECFA og EU:

DON PTDI: 1 µg/kg bwPTDI T-2 + HT-2: 60 ng/kg bw

Estimert inntak i Norge:DON: 348 ng/kg bw/dag (menn) 304 ng/kg bw/dag (kvinner).T-2 toxin: 35 ng/kg bw/dag (menn) 31 ng/kg

bw/dag (kvinner).

Mykotoksiner – konklusjon

• Antallet toksiner er stort

• Mange er lite undersøkte

• Toksikologi til dels dårlig kartlagt

• Mange mykotoksiner utgjør en helsemessig risiko for befolkningen og for produksjonsdyr

• Tropiske områder mest utsatte.