Az ipari perspektíva az Aspergillus flavus „atoxigén” törzseinek biológiai kontroll ágensként történő alkalmazásával és a ciklopiazonsav jelentőségével kapcsolatban

Absztrakt

Az Aspergillus flavus számos nemflatoxigén törzsét regisztrálták az Egyesült Államokban, hogy csökkentse az aflatoxin felhalmozódását a kukoricában és más növényekben, de nem szándékos negatív következményekkel járhat, ha ezek a törzsek ciklopiazonsavat (CPA) termelnek. Kimutatták, hogy az AF36, egy nemflatoxigén, CPA-termelő törzs CPA-t termel a kezelt kukoricában és földimogyoróban. Az alternatív törzsek, köztük az Afla-Guard® márkájú biokontroll szer és a K49 nem termelnek CPA-t, és csökkenthetik az aflatoxint és a CPA-t a kezelt növényekben. A CPA krónikus toxicitását nem vizsgálták, és a közelmúltbeli állatkísérletek jelentős káros hatásokat mutatnak alacsony dózisú CPA rövid távú expozíciója miatt. Az átláthatóság révén meg kell őrizni a termelők és az ipar bizalmát ebben a megközelítésben.

Bevezetés

Dorner és mtsai. (2000) egyértelműen kimutatta a CPA felhalmozódását az AF36-mal kezelt földimogyoróban. Az aflatoxin és a CPA felhalmozódását összehasonlító tanulmány friss közleménye a kukoricában, amelyet többféle toxigén és „atoxigén” törzzsel kezeltek szántóföldi körülmények között (Abbas et al., 2011) egyértelmű megerősítést ad arról, hogy az AF36 képes CPA-t termelni kukoricában. Ebben az áttekintésben megvitatjuk a jelenleg fejlesztés alatt álló vagy kereskedelmi forgalomban lévő számos „atoxigén” törzs közötti különbségeket, az emberek, kutyák, sertések, szarvasmarhák és csirkék CPA-toxicitására vonatkozó rendelkezésre álló információkat, az élelmiszerekben és takarmányokban lévő CPA-val kapcsolatos korlátozott információkat, valamint a hús, tej és tojás CPA-transzferjével és perzisztenciájával kapcsolatos rendelkezésre álló információk. Végül bemutatjuk az „atoxigén” törzs szelekciójának szabványaival kapcsolatos ipari perspektívát és a törzsek teljes átláthatóságának szükségességét a termelők és a későbbi érdekelt felek számára.

Az „atoxigenicitás” genetikai alapja - a törzsek közötti különbségek

Ezzel szemben az AF36-nak csak egyetlen nukleotid-változása van az aflatoxin-szintézishez szükséges poliketid-szintáz génben (pksA), ami elegendő ahhoz, hogy megszakítsa ennek az enzimnek a kódoló szekvenciáját (Erlich és Cotty, 2004). Ez hatékonyan megszünteti a törzs aflatoxin-termelő képességét, de nincs hatással CPA-termelő képességére. Mint korábban megjegyeztük, megerősítést nyert, hogy az AF36 képes CPA-t termelni, de aflatoxinokat nem (Dorner et al., 2000; Abbas et al., 2011). Szerencsére a pksA gén ezen hibája az aflatoxin szintetikus útjának kezdeti részét érinti, ezért az aflatoxin potenciálisan toxikus prekurzorainak felhalmozódása nem jelenthet problémát ebben a törzsben.

Ezt a fajta genetikai elemzést még nem tették közzé más törzsekről, amelyekről az Egyesült Államokban ismert, hogy kereskedelmi célú tesztelés alatt állnak vagy fejlesztés alatt állnak.

CPA toxicitás állatokban

Vizsgálatokat végeztek a CPA emlősök és madarak toxicitásának értékelésére különféle fajokban, beleértve a patkányokat is (Purchase, 1971; Morrissey és mtsai., 1985; Norred és mtsai., 1985), egerekben (Nishie és mtsai., 1987), csirkékben ( Dorner és mtsai, 1983; Norred és mtsai, 1988; Kubena és mtsai, 1994; Balachandran és Parthasarathy, 1996a; Gentles és mtsai, 1999; Kamalavenkatesh és mtsai, 2005, Venkatesh és mtsai, 2005; Kumar és mtsai. Balachandran, 2009; Malekinejad et al., 2010), kutyák (Nuehring et al., 1985) és sertések (Lomax et al., 1984), és a toxikológiáról számos átfogó áttekintés áll rendelkezésre (Burdock and Flamm, 2000; Chang és mtsai., 2009a). Jelenleg nincsenek publikált vizsgálatok a CPA krónikus toxicitására egyetlen állatfaj esetében sem, és nagyon kevés bármilyen típusú toxicitási vizsgálat létezik a legtöbb fajnál.

Röviden: a CPA specifikusan gátolja a szarkoplazmatikus vagy endoplazmatikus retikulum kalcium-függő ATPázt (SERCA), ezzel megváltoztatva az intracelluláris kalcium fluxust. Ez megzavarja az izom összehúzódási-relaxációs ciklust, ami fokozott izomösszehúzódást eredményez. A SERCA felelős a sejtekben a megfelelő kalciumgradiens fenntartásáért is, amely kritikus a sejtproliferáció, a differenciálódás és a sejthalál szempontjából. Számos kutató azt is felvetette, hogy a CPA közvetlenül mérgező lehet a limfocitákra és a limfoid szervekre, például a csecsemőmirigyre és a lépre (Nuehring et al., 1985; Kamalavenkatesh et al., 2005; Venkatesh et al., 2005; Kumar and Balachandran, 2009), és hogy a CPA, még alacsony dózisok esetén is, oxidatív stressz révén gyulladást válthat ki a májban és a vesében (Malekinejad et al., 2010).

Kevés információ áll rendelkezésre a CPA más nagy haszonállatokra gyakorolt toxicitásáról, de Indiában „kodua-mérgezésről” számoltak be azok a szarvasmarhák, amelyek tünetekkel tüntették fel a Paspalum scrobiculatum szennyezett takarmányát (Bhide, 1962; Nyak és Misra, 1962). ideértve az idegességet, a megdöbbentő járást, a koordináció hiányát, a görcsöket és a depressziót; általában 1-3 napon belül kitisztul, de esetenként halálhoz vezet. Rao és Husain (1985) később bebizonyította, hogy ezt a kodua-mérgezést valószínűleg a CPA okozta. Dorner és mtsai. (1994) CPA-t adott a szoptató anyajuhoknak 5 mg/testtömeg-kg/nap sebességgel 2 egymást követő napon keresztül. A kezdeti adag 24 órán belül a tejtermelés és a takarmányfelvétel lényegesen csökkent, 48 órán belül pedig a tejtermelés a normál érték 20% -ára esett vissza. Az anyajuhok légzési aránya és testhőmérséklete megnövekedett, humánus okokból abbahagyták az adagolást. Az anyajuhok felépültek, és a tejtermelés 7-10 napon belül visszatért a normális szinthez.

Több CPA-toxicitási vizsgálatot végeztek csirkéken és más madárfajokon, mint a legtöbb állatfajon, ami ismét szignifikáns érzékenységet mutat a CPA-val szemben. Egy akut toxicitási vizsgálatban (Norred és mtsai., 1988) a CPA egyetlen dózisa 0,5, 5,0 vagy 10,0 mg/testtömeg-kilogrammonként, 4 hetes csirkéknek szondával beadva a testtömeg-növekedés jelentős csökkenését eredményezte. a két alacsonyabb dózis és a tényleges testtömeg-csökkenés a 10 mg/kg adagolási csoportban, és ezeket a hatásokat az adagolás után 24 órán belül észlelték minden csoportban. A normál testtömeg-növekedés helyreállítása dózisfüggő volt, a 0,5 mg/kg-os csoport az adagolást követő 48 órán belül, az 5,0-mg/kg-os csoport pedig 96 órán belül felépült, de a 10 mg/kg-os csoport továbbra is jelentősen csökkent testtömeg és kontroll a végső, 96 órás mintavételi időpontban. Ez a tanulmány arra utal, hogy a fiatal csirkékben az akut NOEL kevesebb, mint 0,5 mg/testtömeg-kg/nap.

Egy második akut vizsgálat (Dorner et al., 1994), amelyben a tojótyúkoknak 9, egymást követő napon át orálisan adták a CPA-t 2,5, 5,0 vagy 10,0 mg/testtömeg-kg/nap dózisban, szintén a hatások gyors megjelenését és dózisfüggését mutatta. . A 10 mg/kg csoportba tartozó összes tyúk és az 5 mg/kg csoportba tartozó tyúkok 80% -a a vizsgálat vége előtt elhunyt, a tojástermelés pedig 1 és 4 nappal a 10 mg/kg adagolás megkezdése után leállt. kg, illetve 5 mg/kg csoportok.

Egy nemrégiben több dózisszintet alkalmazó tanulmányban Malekinejad et al. (2010) szignifikáns hatásokat talált a brojlercsirkék májában és veséjében 28 napos CPA-expozíció után 0,01, 0,025 és 0,050 mg/testtömeg/nap dózisban, bár a testtömeg-növekedés vagy más klinikai tünetek nem csökkentek jelentősen megfigyelt. Megnövekedett májtömeg és máj/test tömeg arányt figyeltek meg 0,025 vagy 0,050 mg CPA/testtömeg/nap dózisban beadott csirkéknél. A májban és a vesében gyulladásra utaló kóros rendellenességeket figyeltek meg minden vizsgált dózisszintnél. A vérszérum számos biokémiai markere változását figyelték meg, amelyek összefüggenek az oxidatív stresszel a két magasabb dózisszintnél, és ezek közül a változások közül sok már csak 2 hetes adagolás után nyilvánvaló volt. Ez a tanulmány azt sugallja, hogy a NOEL kevesebb, mint 0,01 mg/testtömeg-kg, és 0,01 mg/testtömeg-kg/nap LOEL-t állapít meg csirkék CPA-jára, ami jóval alacsonyabb, mint a korábbi vizsgálatok.

Sok más, csirkéken publikált tanulmányban CPA-t adtak a takarmányhoz egyetlen, rögzített koncentrációban (10-50 ppm takarmányban), és a csirkék 21 és 28 napig ad libitum fogyaszthatták ezt a takarmányt (Dorner és munkatársai, 1983; Kubena és mtsai, 1994; Balachandran és Parthasarathy, 1996a; Gentles és mtsai, 1999; Kamalavenkatesh és mtsai, 2005, Venkatesh és mtsai, 2005; Kumar és Balachandran, 2009). Az ezekben a vizsgálatokban megfigyelt hatások közé tartozott a testsúlycsökkenés, ahol a takarmány 25 ppm vagy annál magasabb CPA-t tartalmazott, valamint a máj, a vese, a termés és a proventikuláris nyálkahártya súlyos károsodása, ezzel járó hisztopatológiai károsodással. Számos újabb tanulmány (Kamalavenkatesh és mtsai, 2005; Venkatesh és mtsai, 2005; Kumar és Balachandran, 2009) szintén dokumentálta a csecsemőmirigy és a lép károsodását, a splenocyták fokozott apoptózisával és a limfociták csökkenésével, beleértve a segítő és a citotoxikus T-sejt populációkat, amikor a csirkéket 10 vagy 20 ppm CPA-tartalmú takarmánnyal ad libitum etették. Ezek a megállapítások a CPA immunszuppresszív potenciáljára utalnak, amely Nuehring és mtsai. (1985) kutyáknál javasolt eredménye lehet a CPA közvetlen toxicitása a limfoid szervekre és az endoplazmatikus retikulum (ER) stresszére.

A korábban említett érvek mellett, amelyek alátámasztják azt a hipotézist, miszerint a CPA részt vett a török „X” betegségben, más példák is vannak a madarak CPA-expozíciójának klinikai hatásaira. Stolz és mtsai a fürjekben Indonéziában bekövetkezett, a mikotoxikózis számos jellemzőjével megfigyelt járványkitörést vizsgálták. (1988), és az érintett takarmány mintájáról kiderült, hogy 6000 ng/g CPA-t tartalmaz, alacsonyabb aflatoxin-tartalommal (465 ng/g) és ochratoxin A-val (500 ng/g) együtt. Az érintett madarak klinikai tünetei, köztük az opisthotonus, valamint a hisztopatológiai eredmények alátámasztják a CPA toxicitás diagnózisát.

CPA átvitel húsra, tejre és tojásra

Számos tanulmány kimutatta, hogy a CPA gyorsan eloszlik húsban, tojásban és tejben. Kimutatták, hogy a CPA egyszeri orális dózis után gyorsan eloszlik a csirkék emlő- és combizmaiban, a hús CPA-koncentrációjának csúcskoncentrációja az adagolás után 3 órával látható (Norred et al., 1988). Az ebben a vizsgálatban alkalmazott két alacsonyabb dózisban (0,5 és 5,0 mg/testtömeg-kg) a CPA 24–48 órán belül eliminálódott a húsból, míg az egyszeri 10 mg/kg-os dózist kapó madaraknál az eliminációs sebesség lassabb, a leglassabb elimináció a legsúlyosabb súlycsökkenésű madaraknál figyelhető meg.

Egy második rövid távú vizsgálatban (Dorner és mtsai, 1994) a tojótyúkoknak 9, egymást követő napon át orálisan adták a CPA-t 2,5, 5,0 vagy 10,0 mg/testtömeg-kg/nap dózisban. A CPA az adagolt tyúkok petéiben a kezdeti dózistól számított 24 órán belül kezdett megjelenni, szinte kizárólag tojásfehérjében halmozódott fel. A 2,5 mg/kg dózissal kezelt csoportban, amely az egyetlen adagolási szint, amelyben a tojástermelés a vizsgálat időtartama alatt folytatódott, a tojásfehérjék CPA-koncentrációja a vizsgálat első 6 napjában fokozatosan nőtt, ezt követően némi változékonysággal. A CPA koncentrációja ebből az adagolási csoportból összevont tojásfehérjében 313 ng/g és 350 ng/g volt a 6. és 9. napon.

Egy páros szubkrónikus expozíciós vizsgálat (Dorner et al., 1994), amelyben a tojótyúkokat 28 napig adagolták 1,25 és 2,5 mg CPA/testtömeg/nap dózisban, ismét megmutatta, hogy a petékben a CPA nagy része a fehérek, változó koncentrációkkal a vizsgálat során, de 60-160 ng/g (átlag = 105 ng/g) tartományban az 1,25 mg/kg/nap adagolási csoportban és 18-193 ng/g ( átlag = 97 ng/g) a 2,5 mg/kg/nap adagolási csoportban.

A tanulmány harmadik részében Dorner et al. (1994) szájon át beadott CPA-t szoptató anyajuhoknak 5 mg/testtömeg-kg/nap sebességgel, 2 egymást követő napon át. Az első adag után 24 órán belül a tej CPA-koncentrációja átlagosan 236 ng/g volt, a második dózis beadását követő napon 568 ng/g csúcskoncentrációra emelkedett. Az átlagos CPA-koncentráció a 4. napra 262 ng/g-ra csökkent, és a 9. napra teljesen kitisztult a tejből, ekkor az anyajuhok is teljesen felépültek a megfigyelt toxikus hatásokból.

A vizsgálatok azt mutatják, hogy a CPA a tejben a normál tárolás és feldolgozás során meglehetősen stabil marad (Prasongsidh et al., 1997, 1998). A 4 ° C-on tárolt homogenizált, pasztőrözött tej CPA-szintje csak 2,8% -kal, 2,9% -kal és 5,8% -kal csökkent 7, 14, illetve 21 nap után. A homogenizált, pasztőrözött tej fagyasztása hasonló eredményeket hozott, 7, 14, illetve 21 nap után 1%, 4,1% és 5% -os csökkenéssel, és bár a koncentráció ezután is lassan csökkent, csak 10,8% volt a CPA-koncentráció csökkenése 140 napos tárolás után. A fagyasztva szárítás hasonló eredményeket hozott, mint a fagyasztás. Agresszívabb hőkezelések (2 óra 100 ° C-on) a CPA további lebomlását eredményezték, de az eredeti koncentráció 40-50% -a továbbra is érintetlen maradt. Arra a következtetésre jutottak, hogy a szokásos kereskedelmi feldolgozási módszerek a CPA kevés eltávolítását eredményezik a tejből és a tejtermékekből.