Резюме

В Съединените щати са регистрирани няколко неафлатоксигенни щама на Aspergillus flavus за намаляване на натрупването на афлатоксин в царевица и други култури, но може да има непредвидени отрицателни последици, ако тези щамове произвеждат циклопиазонова киселина (CPA). Доказано е, че AF36, нефлатоксигенен, произвеждащ CPA щам, произвежда CPA в третирана царевица и фъстъци. Алтернативни щамове, включително агент за биоконтрол с марка Afla-Guard® и K49, не произвеждат CPA и могат да намалят както афлатоксина, така и CPA в третираните култури. Хроничната токсичност на CPA не е проучена, а последните проучвания при животни показват значителни вредни ефекти от краткосрочното излагане на CPA при ниски дози. Доверието на производителите и промишлеността в този подход трябва да бъде запазено чрез прозрачност.

двойно

Въведение

Dorner и сътр. (2000) ясно демонстрира натрупването на CPA в фъстъци, третирани с AF36. Неотдавнашната публикация на проучване, сравняващо натрупването на афлатоксин и CPA в царевица, третирана с няколко различни токсигенни и „атоксигенни” щама при полеви условия (Abbas et al., 2011), дава ясно потвърждение, че AF36 може да произведе CPA в царевицата. В този преглед обсъждаме разликите между няколко "атоксигенни" щамове, които в момента са в процес на разработване или търговска употреба, наличната информация относно CPA токсичност при хора, кучета, свине, говеда и пилета, ограничената информация относно CPA в храни и фуражи, и наличната информация относно трансфера и устойчивостта на CPA в месото, млякото и яйцата. И накрая, представяме отраслова перспектива за стандартите за избор на „атоксигенен“ щам и необходимостта от пълна прозрачност за производителите и заинтересованите страни надолу по веригата по отношение на тези щамове.

Генетична основа на „атоксигенността“ - различия между щамовете

За разлика от това, AF36 има само една нуклеотидна промяна в гена на поликетид синтазата (pksA), необходима за синтеза на афлатоксин, което е достатъчно за прекъсване на кодиращата последователност за този ензим (Erlich and Cotty, 2004). Това ефективно премахва способността на щама да произвежда афлатоксини, но няма влияние върху способността му да произвежда CPA. Както беше отбелязано по-рано, беше потвърдено, че AF36 може да произвежда CPA, но не и афлатоксини (Dorner et al., 2000; Abbas et al., 2011). За щастие този дефект в гена pksA засяга ранната част на синтетичния път на афлатоксин, така че натрупването на потенциално токсични предшественици на афлатоксин не би трябвало да е проблем с този щам.

Този тип генетичен анализ не е публикуван за други щамове, за които е известно, че са в процес на тестване или разработване за търговска употреба в САЩ.

CPA токсичност при животни

Проведени са проучвания за оценка на токсичността на CPA за бозайници и птици при различни видове, включително плъхове (Purchase, 1971; Morrissey et al., 1985; Norred et al., 1985), мишки (Nishie et al., 1987), пилета ( Dorner et al., 1983; Norred et al., 1988; Kubena et al., 1994; Balachandran and Parthasarathy, 1996a; Gentles et al., 1999; Kamalavenkatesh et al., 2005, Venkatesh et al., 2005; Kumar and Balachandran, 2009; Malekinejad et al., 2010), кучета (Nuehring et al., 1985) и свине (Lomax et al., 1984), както и няколко изчерпателни прегледа на токсикологията (Burdock and Flamm, 2000; Chang и др., 2009а). Понастоящем няма публикувани проучвания относно хронична токсичност на CPA при каквито и да било животински видове и има много малко изследвания за токсичност от всякакъв вид при повечето видове.

Накратко, CPA действа специфично да инхибира саркоплазмен или ендоплазмен ретикулум, зависим от калций ATP-аза (SERCA), като по този начин променя вътреклетъчния калциев поток. Това нарушава цикъла на мускулно свиване и релаксация, което води до повишено мускулно свиване. SERCA също е отговорен за поддържането на правилния градиент на калция в клетките, което е от решаващо значение за клетъчната пролиферация, диференциация и клетъчна смърт. Няколко изследователи също предполагат, че CPA може да бъде директно токсичен за лимфоцитите и лимфоидните органи, като тимус и далак (Nuehring et al., 1985; Kamalavenkatesh et al., 2005; Venkatesh et al., 2005; Kumar and Balachandran, 2009) и че CPA, дори при ниски дози, може да предизвика възпаление в черния дроб и бъбреците чрез оксидативен стрес (Malekinejad et al., 2010).

Има малко информация за токсичността на CPA за други големи селскостопански животни, но в Индия са докладвани случаи на „отравяне на кодуа“ сред говеда, които са погълнали замърсени фуражи от Paspalum scrobiculatum (Bhide, 1962; Nyak и Misra, 1962), със симптоми включително нервност, потресаваща походка, липса на координация, спазми и депресия; обикновено се изчиства в рамките на 1 до 3 дни, но от време на време води до смърт. Rao и Husain (1985) по-късно демонстрират, че това отравяне на кодуа вероятно е причинено от CPA. Dorner и сътр. (1994) прилага CPA на кърмещи овце със скорост 5 mg/kg телесно тегло/ден в продължение на 2 последователни дни. В рамките на 24 часа от първоначалната доза производството на мляко и приема на фуражи са намалели значително и в рамките на 48 часа производството на мляко е спаднало до 20% от нормалното. Овцете са имали повишени честоти на дишане и телесни температури и дозирането е прекратено по хуманни причини. Овцете се възстановяват и производството на мляко се връща до почти нормалните нива в рамките на 7 до 10 дни.

Проведени са повече проучвания за CPA токсичност при пилета и други видове птици, отколкото при повечето други животински видове, което отново показва значителна чувствителност към CPA. В проучване за остра токсичност (Norred et al., 1988), единична доза CPA при 0,5, 5,0 или 10,0 mg/kg телесно тегло, приложена чрез сондаж на пилета на 4 седмици, води до значително намаляване на наддаването на телесно тегло при двете по-ниски дози и реална загуба на телесно тегло в дозиращата група с 10 mg/kg и тези ефекти са наблюдавани в рамките на 24 часа от дозирането във всяка група. Възстановяването на нормалното наддаване на телесно тегло зависи от дозата, като групата с 0,5 mg/kg се възстановява в рамките на 48 часа след приема, а групата с 5,0 mg/kg се възстановява в рамките на 96 часа, но групата с 10 mg/kg продължава да показва значително намалено телесно тегло спрямо контрола на финала, 96 часа, време за вземане на проби. Това проучване предполага, че острият NOEL при млади пилета е под 0,5 mg/kg телесно тегло/ден.

Второ остро проучване (Dorner et al., 1994), при което кокошките носачки са перорално дозирани с CPA при 2,5, 5,0 или 10,0 mg/kg телесно тегло/ден в продължение на 9 последователни дни, също показва бързо начало и зависимост на ефектите от дозата . Всички кокошки в групата с 10 mg/kg и 80% от кокошките в групата с 5 mg/kg са умрели преди края на проучването, а производството на яйца е спряло 1 и 4 дни след започване на дозирането в 10-mg/kg и 5 mg/kg групи, съответно.

В скорошно проучване, използващо многократни дози, Malekinejad et al. (2010) установяват значителни ефекти върху черния дроб и бъбреците на пилета-бройлери след 28-дневна експозиция на CPA в дози от 0,01, 0,025 и 0,050 mg/kg телесно тегло/ден, въпреки че не се наблюдава значително намаляване на наддаването на телесно тегло или други клинични симптоми наблюдаваното. Повишено чернодробно тегло и съотношения чернодробно/телесно тегло се наблюдават при пилета, дозирани при 0,025 или 0,050 mg CPA/kg телесно тегло/ден. Патологични аномалии, показателни за възпаление, са наблюдавани в черния дроб и бъбреците при всички тествани нива на дозата. Промени в многобройни биохимични маркери в кръвния серум, които са свързани с оксидативен стрес, са наблюдавани при двете по-високи нива на дозата и много от тези промени са били очевидни само след 2 седмици на дозиране. Това проучване предполага, че NOEL е по-малко от 0,01 mg/kg телесно тегло и установява LOEL от 0,01 mg/kg телесно тегло/ден за CPA при пилета, много по-ниско от предишните проучвания.

В много от другите публикувани проучвания при пилета, CPA е добавен към фураж с единична, фиксирана концентрация (варираща от 10 до 50 ppm във фуражите) и пилетата имат право да консумират този фураж ad libitum за периоди от 21 до 28 дни (Dorner et al., 1983; Kubena et al., 1994; Balachandran and Parthasarathy, 1996a; Gentles et al., 1999; Kamalavenkatesh et al., 2005, Venkatesh et al., 2005; Kumar and Balachandran, 2009). Ефектите, наблюдавани в тези проучвания, включват намаляване на телесното тегло, където фуражите съдържат 25 ppm CPA или по-висока, и грубо увреждане на черния дроб, бъбреците, реколтата и провентикуларната лигавица, със свързаните хистопатологични увреждания. Няколко по-скорошни проучвания (Kamalavenkatesh et al., 2005; Venkatesh et al., 2005; Kumar and Balachandran, 2009) също документират увреждане на тимуса и далака, с повишена апоптоза в спленоцитите и намаляване на лимфоцитите, включително хелперни и цитотоксични Т-клетъчни популации, когато пилетата се хранят ad libitum с фураж, съдържащ CPA при 10 или 20 ppm. Тези открития предполагат имуносупресивен потенциал за CPA, който, както Nuehring et al. (1985), предложено при кучета, може да е резултат от директна токсичност на CPA за лимфоидни органи и стрес на ендоплазмения ретикулум (ER).

В допълнение към споменатите по-горе аргументи, подкрепящи хипотезата, че CPA е бил замесен в болестта „X“ на Турция, има и други примери за клинични ефекти от експозицията на CPA при птиците. Избухване на болест при пъдпъдъци в Индонезия, за което се наблюдава много от характеристиките на микотоксикозата, е изследвано от Stolz et al. (1988) и се установи, че проба от включения фураж съдържа CPA при 6000 ng/g, заедно с по-ниски нива на афлатоксини (465 ng/g) и охратоксин A (500 ng/g). Клиничните признаци при засегнатите птици, включително опистотонус, както и хистопатологичните находки подкрепят диагностицирането на CPA токсичност.

CPA трансфер към месо, мляко и яйца

Няколко проучвания показват, че CPA бързо се разпространява в месото, яйцата и млякото. Показано е, че CPA се разпределя бързо в гърдите и бедрените мускули на пилета след еднократна перорална доза, като пиковата концентрация на CPA в месото се наблюдава 3 часа след дозиране (Norred et al., 1988). При двете по-ниски дози, използвани в това проучване (0,5 и 5,0 mg/kg телесно тегло), CPA се елиминира от месото в рамките на 24 до 48 часа, докато при птици, получаващи единична доза от 10 mg/kg, скоростта на елиминиране е по-бавно, с най-бавно елиминиране, наблюдавано при птици с най-тежко намаляване на телесното тегло.

Във второ краткосрочно проучване (Dorner et al., 1994), кокошките носачки са перорално дозирани с CPA при 2,5, 5,0 или 10,0 mg/kg телесно тегло/ден в продължение на 9 последователни дни. CPA започва да се появява в яйца от дозирани кокошки в рамките на 24 часа от първоначалната доза, натрупвайки се почти изключително в яйчен белтък. В групата, дозирана от 2,5 mg/kg, единственото ниво на дозиране, при което производството на яйца продължава по време на проучването, концентрацията на CPA в яйчните белтъци постепенно се увеличава през първите 6 дни от проучването, с известна променливост след това. Концентрацията на CPA в обединени яйчни белтъци от тази дозираща група е била съответно 313 ng/g и 350 ng/g на 6 и 9 ден.

Сдвоено проучване за субхронична експозиция (Dorner et al., 1994), при което кокошките носачки са дозирани в продължение на 28 дни в дози от 1,25 и 2,5 mg CPA/kg телесно тегло/ден, отново показва, че по-голямата част от CPA в яйцата, натрупани в бели, с променливи концентрации по време на проучването, но с концентрации в диапазона от 60-160ng/g (средно = 105 ng/g) в групата за дозиране 1,25 mg/kg/ден и 18-193 ng/g ( средно = 97 ng/g) в групата на дозиране от 2,5 mg/kg/ден.

В третата част на това проучване Dorner et al. (1994) орално прилаган CPA на кърмещи овце със скорост 5 mg/kg телесно тегло/ден в продължение на 2 последователни дни. В рамките на 24 часа след първата доза, концентрацията на CPA в млякото е средно 236 ng/g, повишавайки се до пикова концентрация от 568 ng/g в деня след прилагане на втората доза. Средната концентрация на CPA спадна до 262 ng/g до ден 4 и беше напълно изчистена от млякото до ден 9, по това време овцете също се възстановиха напълно от наблюдаваните токсични ефекти.

Проучванията показват, че CPA остава доста стабилен в млякото по време на нормалното съхранение и преработка (Prasongsidh et al., 1997, 1998). Нивото на CPA в хомогенизирано, пастьоризирано мляко, съхранявано при 4 ° C, е намалено само с 2,8%, 2,9% и 5,8%, съответно след 7, 14 и 21 дни. Замразяването на хомогенизирано, пастьоризирано мляко дава подобни резултати, с намаления съответно от 1%, 4,1% и 5% след 7, 14 и 21 дни и въпреки че концентрацията продължава да намалява бавно след това, има само 10,8% намаляване на концентрацията на CPA след съхранение от 140 дни. Лиофилното сушене дава подобни резултати като замразяването. По-агресивните топлинни обработки (2 часа при 100 ° C) доведоха до допълнително разграждане на CPA, но 40% до 50% от първоначалната концентрация все още останаха непокътнати. Стигна се до заключението, че нормалните търговски методи за преработка биха довели до малко отстраняване на CPA от млякото и млечните продукти.