MYCOTOXINES en DIERGEZONDHEID
Siska Croubels
Laboratorium voor Farmacologie en Toxicologie Salisburylaan 133 – 9820 Merelbeke WVPA België - Agriflanders - 10.01.2013
Labo voor Farmacologie & Toxicologie
Vakgroep Pathologie, Bacteriologie en Pluimveeziekten
MYCOTOXINES “μυκης + τοξικόν” (schimmel – toxine)
toxinen gevormd door schimmels behorend tot de genera Aspergillus, Penicillium en Fusarium toxinevorming afhankelijk van factoren zoals subspecies van de plant, heersend klimaat en landbouwpraktijk historisch probleem
Claviceps purpurea: ergotisme
(Pieter Bruegel, 1568)
(H. Bosch, 1495-1515)
1
OVERZICHT
Deel I: Meest voorkomende mycotoxines bron preventie toxiciteit toxicokinetiek pathogenese symptomen en letsels
- Aflatoxines - Trichothecenen: DON en T2-toxine - Zearalenone - Fumonisines - Ochratoxines
OVERZICHT
Deel II: Onderzoeksresultaten
Invloed van Fusarium mycotoxines op de darmgezondheid bij vleeskippen (Ann Osselaere) Invoed van Fusarium mycotoxines op aviaire macrofagen en hun interactie met Aspergillus fumigatus (Shaoji Li) Het mycotoxine deoxynivalenol (DON) als predisponerende factor voor necrotische enteritis bij vleeskuikens (Gunther Antonissen)
ONDERZOEKSPROJECTEN
•
Assistentenmandaat Virginie Vandenbroucke, 2006-2012 Invloed van deoxynivalenol op de darmgezondheid en het verloop van een Salmonella Typhimurium infectie bij het varken
•
IWT project, 2008-2012 Invloed van Fusarium toxines op de darmgezondheid bij het varken in het kader van de ontwikkeling van bestrijdingsmaatregelen Doctoraatsbursalen Joline Goossens en Elin Verbrugghe
•
UGent project, 2009-2013 Invloed van Fusarium toxines op de orale resorptie en biotransformatie mechanismen bij de kip Doctoraatsbursaal Ann Osselaere
•
IWT specialisatiebeurs Mathias Devreese, 2010-2014 Ontwikkeling van in vitro en in vivo modellen voor veiligheid- en efficaciteitsstudies van mycotoxine binders en modifiers
2
ONDERZOEKSPROJECTEN •
Sector gesponsord project, 2011-2015 Interacties tussen deoxynivalenol, Clostridium perfringens en Salmonella Enteritidis in vleeskippen Doctoraatsbursaal Gunther Antonissen
•
FOD Volksgezondheid, 2012-2015 Onderzoek naar de invloed van mycotoxine binders op de orale biologische beschikbaarheid, farmacokinetiek en weefselresiduen van geneesmiddelen aangewend bij pluimvee en varkens Doctoraatsbursaal Thomas De Mil
•
UGent project, 2012-2016 Intestinale toxiciteit en orale resorptie van geconjugeerde Fusarium mycotoxines, frequent voorkomend in de (dier)voeding Doctoraatsbursaal Nathan Broekaert
•
Assistentenmandaat Sophie Fraeyman, 2013-2019 Toxiciteit en toxicokinetiek van Alternaria mycotoxines bij varkens en pluimvee
acute intoxicaties 1. 2. 3. 4. 5.
effect van lage concentraties effect van co-contaminanten nieuwe mycotoxines merkers voor toxiciteit gemaskeerde mycotoxines 3- en 15a-DON, DON-3-glucoside 6. mycotoxine binders
?
www.mytox.be
Multidisciplinair kenniscentrum: www.mytox.be
3
MYcotoxines enTOXigene schimmels associatie onderzoeksgroep • Preventie en controle van schimmels in voedsel en voeder • Mycotoxine analyse en methode ontwikkeling • Classificatie en identificatie van schimmels • Effect van mycotoxines op dier- en humane gezondheid
www.mytox.be 10
Mycotoxine
Fungus
Contaminant
Fumonisines
F. moniliforme
maïs
Deoxynivalenol (DON),
F. graminearum
maïs, tarwe, gerst
T2-toxine
F. sporotrichioides
Aflatoxines B1, B2, G1,G2
A. parasiticus
maïs, droge vruchten en noten,
A. flavus
oliehoudende granen en zaden
A. ochraceus
granen, wijn, bier,
P. verrucosum
koffiebonen
Trichothecenen:
Ochratoxine A Zearalenone 2009-2010
F. graminearum maïs, tarwe, gerst LEVER - LEVERFUNCTIE
12
4
Voornaamste klinische verschijnselen t.g.v. mycotoxicosis 1. Varken
verminderde gewichtsaanzet verhoogde voederconversie fertiliteitsstoornissen huidaandoeningen
2. Pluimvee groeivertraging “vette lever” syndroom verminderde eischaalkwaliteit slechte karkaskwaliteit 3. Rundvee verminderde melkgifte fertiliteitsstoornissen mastitis ketonurie 4. Paard
neurotoxisch syndroom
OPNAME VAN LAGE GEHALTES GEEFT IMMUNOSUPPRESSIE
Voornaamste TOXISCHE klinische EFFECTEN verschijnselen BIJ PLUIMVEE t.g.v. mycotoxicosis
Animal feed contamination, effects on livestock and food safety, 2012
DS nov. 2010
5
Voornaamste klinische verschijnselen t.g.v. mycotoxicosis afhankelijk van - type en concentratie mycotoxine - duur van blootstelling - diersoort, geslacht, leeftijd, gezondheidsstatus - bedrijfsmanagement - synergistisch effect tussen diverse mycotoxinen ± 25% van alle grondstoffen besmet 75% met meer dan één toxine (Monbaliu et al., 2010) http://www.efsa.eu.int
VOEDER Kwaliteitsbeoordeling van voeder (cfu/g) Kwaliteit bacteriën goed < 2.106 aanvaardbaar 2-4.106 zwak 4-10.106 bedorven >107
fungi 3.104 3-10.104 1-2.105 >2.105
Staalname en analyse -best bij laden of lossen in graanstroom: sub-samples -of op elke 2 m hoogte, nooit homogeen verdeeld ! -totaal 10-20 kg voor grote granen, 3-5 kg kleine granen -eventueel drogen voor transport -in papieren of katoenen zakken, invriezen stopt schimmelgroei -drietal subsamples voor analyse -ELISA (screening) of LC-MS/MS (bevestiging)
STAALNAME VOEDER
6
Multi-mycotoxine methode UGent (LC-MS/MS)
PREVENTIE voor de oogst
ECB
Varieteit
Bemesting
Rotatie
Irrigatie
Zaaitijdstip
Insectenbestrijding
Gewas densiteit
Oogsttijdstip
Onkruidbestrijding
Apparatuur oogsten
7
PREVENTIE na de oogst Bewaaromstandigheden -vochtgehalte < 14% -minimale graanbeschadiging, gebroken of afwijkende korrels -risico’s eigen producten (eigen kuil)
Mycotoxine binders - diatomeeën aarde - aluminiumsilicaat klei - bentoniet, zeoliet, sepioliet - geactiveerde kool - gistcelwand gluco-mannanen Toxine
% binding
Aflatoxine B1
95
DON
10
ZEA
52
FB1
45
Mycotoxine modifiers - enzymen: epoxidase, lactonase, etc
8
Percentage positieve stalen, BEMEFA monitoring: www.bemefa.be
2011
2012
EU Commissie 2006/576 deoxynivalenol ppm (mg/kg)
Deoxynivalenol
9
EU Commissie 2006/576 zearalenone
ppm (mg/kg)
EU Commissie 2006/576 fumonisine B1+B2
ppm (mg/kg)
EU Commissie 2006/576 ochratoxine A
ppm (mg/kg)
10
FAVV T2 en HT2-toxine
“Inventaris acties en actiegrenzen en voorstellen voor harmonisering in het kader van de officiële controles - Chemische contaminanten, residuen en additieven”: 200 ppb in mengvoeders voor biggen / kalveren 400 ppb in mengvoeders voor pluimvee 500 ppb in mengvoeders voor mestvarkens
Acute toxiciteit van mycotoxines Penicillium, Aspergillus en Fusarium spp Orale LD50 in muizen (mg/kg) ?
fumonisines, zearalenone
500 200 100 60 50 25 10 7 5 2 1 0.5
penicilliumzuur, mycophenolzuur sterigmatocystine, luteoskyrine, sporidesmine, tenuazonzuur rubratoxine B, citrinine PR toxine deoxynivalenol, ochratoxine A, gliotoxine patuline, verruculogen, cyclopiazonzuur, citreoviridine penitrem, aflatoxine B 1 muis, hamster diacetoxyscirpenol, T -2 toxine rat fusarenon X aap cavia schaap, hond, kat varken, konijn, eendekuiken
AFLATOXINES
Etiologie
Aspergillus flavus Aspergillus parasiticus Aspergillus niger
Toxine productie vnl. bij 30-37 °C, o.a. schade ECB
voornaamste bronnen: aardnoten, maïs, oliehoudende zaden en veevoedergrondstoffen afkomstig uit tropische en subtropische gebieden
11
B1:
meest toxische en carcinogeen (o.a. ratten, eenden, forellen) IARC klasse 1A - Ames test en mutatie p53 gen
B2: G1 en G2:
dihydroderivaat (minder toxisch, 20%), potentialiseert B 1 groen fluorescerend, minder toxisch (resp. 50% en 10%)
Toxicokinetiek Orale resorptie: 100% Biotransformatie: 8,9 epoxidatie LEVER Eliminatie: urinair, biliair en melk (1-6%)
Typische letsels MEGALOCYTOSE HEPATOCYTEN CENTROLOBULAIRE NECROSE GALGANGENPROLIFERATIE BLOEDSTOLLINGSSTOORNISSEN
‘Pale bird’ syndroom
Prof. J. Fink
Diagnose Mycologisch onderzoek op voeder Scheikundig onderzoek op aflatoxines Probleem van correcte staalname! max. 20 µg/kg AFLB1 Melk geeft gevaren voor de gezondheid: max. 0,05 µg/kg AFLM1
Behandeling Vit K1 en eiwitrijke voeding, cysteine
12
COMMISSIE DIRECTIEVE 2003/100/EC
bijkomende factor cyclopiazonzuur: sterke inhibitor van CYP450 verantwoordelijk voor neurotoxische symptomen en chondrotoxiciteit Deze worden bijna uitsluitend waargenomen bij acute aflatoxicosis
www.thepoultrysite.com
DEOXYNIVALENOL en TRICHOTHECEEN TOXICOSE
Fusarium graminearum, F. sporotrichioides, F. poae, F. equiseti
Type B trichothecenen: deoxynivalenol (DON) (=vomitoxine) nivalenol (NIV) Type A trichothecenen: T2-toxine, HT2-toxine diacetoxyscirpenol (DAS) Bron: tarwe, maïs (wereldwijd vooral in gematigde streken 5 – 15 – 25 °C), mout, T2-toxine in stro/stof
13
Fusarium “head blight”
Toxicokinetiek Orale resorptie: 55-80% (bij het varken) Biotransformatie: de-epoxidatie, glucuronidatie Excretie: urinair en biliair Toxiciteit Inhibitie proteïnesynthese Vrijstelling IL-6, toename IgA Afname IgG, IgM IARC klasse 3 DON
T2-toxine
Symptomen
varkens “Abdominal distress syndrome” DON of vomitoxine
braken en/of gebrek aan eetlust (vanaf 2000 µg/kg) weigeren van voeder (vanaf 1200 µg/kg) verminderde voederopname (vanaf 1000 µg/kg) immunosuppressie (vanaf 100 µg/kg?)
Scheikundige analyse: voeder, gal
14
Kip: minder gevoelig aan DON Gewichtstoename 1800 1600
weight (gram)
1400
blank adsorb.
1200
low 1000
< 5 ppm
low + detox. 1 low + detox. 2
800
high
600
> 5 ppm
high + detox. 1 400
high + detox. 2
200 0 10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
days
Osselaere et al., 2012
Toxicokinetiek studie DON • 8 vleeskippen orale bolus van 5 ppm DON n=4
intraveneuze bolus van 5 ppm DON Bloedstaalname tot 8 u erna
n=4
Plasma DON ORAAL/IV 250
DON conc (ng/ml)
200
Orale biologische beschikbaarheid ≈ 20%
150
mean OR 100
mean IV
50
0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Tijd (uur)
15
TRICHOTHECEEN TOXICOSE immunosuppressie, leukopenie (ALTA), locale necrose (dermatitis, conjuncitivitis en gastro-enteritis) hemorrhagische diathese
Prof. J. Fink
4. Zearalenone
ZEARALENONE
Fusarium graminearum, F. culmorum
Toxine: zearalenone, < 25°C en 16% RV
Bron: maïs, tarwe, maïsglutenvoer
Symptomen hyperoestrogenisme, gezwollen vulva, prolaps van de uterus, prolaps van het rectum, vulvovaginitis, geatrofieerde ovaria, verminderde hoeveelheid follikels gevolg: voornamelijk reproductiestoornissen gevoelige diersoorten: varken, schaap, hond, rund
ZEARALENONE SYNDROOM
16
Toxicokinetiek Orale resorptie: 80-85% Biotransformatie: reductie tot ,-zearalenol, verder tot -zearalanol (zeranol) en -zearalanol (taleranol) Excretie: urinair en biliair Binden op ER en ER -zearalenol factor 138 uterotropisme -zearalenol factor 0.5 IARC klasse 3
FUMONISINEN Fusarium moniliforme Fusarium proliferatum Fusarium subglutinans Toxinen: fumonisine B1, B2 en B3, moniliformine Bron: maïs
Pathogenese 1. Inhibitie sfinganine N-acyltransferase 2. Toename sfinganine en sfinganine /sfingosine ratio
IARC klasse 2B, oesofagus kanker Orale resorptie: 3-6% (varken) Scheikundige analyse: voeder, Sa/So in serum en weefsels
17
Symptomen 1. paard equine leucoencephalomalacie (ELEM) necrose in cerebrum (ataxie, paresis, apathie, coma) + leveraandoeningen 2. varken longaandoening zonder koorts, porcine pulmonary oedema (PPE) longoedeem, hydrothorax, lever- en pancreasaandoeningen 3. kippen bewegingsstoornissen, immunosuppressie LOAEL: 2 mg/kg LG/dag voor broilers
2009-2010
LEVER - LEVERFUNCTIE
6. Ochratoxinen
53
OCHRATOXINES
Aspergillus ochraceus (Z) Aspergillus carbonarius Penicillium verrucosum (N) Toxinen: ochratoxine A, B en C toxiciteit toxine A > B citrinine Bron: granen, druiven, noten, vlees (mondiaal, vooral Noord-Europa)
Symptomen NIERaandoeningen atrofie van renale tubuli, interstitiële renale fibrose, polyurie, immunosuppressie leverdegeneratie embryotoxiciteit en teratogeniteit
18
Toxicokinetiek Orale resorptie: +/- 65% 96 tot 99,8% plasma eiwitbinding OTA is substraat voor oatp (accumulatie nier) en voor ABC transporters Biotransformatie: hydroxylatie, conjugatie via glutathione en glucuronidatie Excretie: urinair en biliair, melk bij monogastrica
gevoelige diersoorten varken (MPN = mycotoxic porcine nephropathy), kip, forel, hond, konijn, mestkalf inhibitie proteïnesynthese - Ochratoxine A is carcinogeen en is betrokken bij humane nierziekten, IARC klasse 2B b.v. Balkan endemische nefropathie niet mutageen, wel genotoxisch
- Citrinine veroorzaakt nieraandoeningen, immunosuppressie is niet carcinogeen, wel mutageen
OVERDRACHTSFACTOREN RESIDUEN
19
www.efsa.eu.int www.knowmycotoxins.com www.thepoultrysite.com www.mytox.be
[email protected] Tel 09/264 73 46
20
