SYMPOSIUM MYCOTOXINE-MANAGEMENT EN DARMGEZONDHEID
25 JUNI 2015 OMNIVENTS VALBURG
HOE SCHEID JE HET KAF VAN HET KOREN
Mycotoxinen & Diergezondheid (I)
J.Fink-Gremmels DVM, PhD,
[email protected]
25-06-2015
Beginselen mycotoxine-onderzoek...
Turkey X Disease – UK 1960 – feimporteerde pindas Aspergillus flavus Aspergillus parasiticus
Aflatoxins Economic losses USA > 100 mio $ per annum
….aflatoxinen, toen met pinda’s geïmporteerde toxinen
Veranderingen?
Mycotoxinen – de meest voorkomende contaminanten in veevoedergrondstoffen All About Feed, 2014
Veranderingen: meer dan alleen het klimaat?
Nature, April 2012
De productie van mais neemt wereldwijd toe!
Veranderingen!
Mais wordt op het bedrijf geproduceerd en direct gevoerd (korrel, kuil)
• Veevoedergrondstoffen zijn vaak afkomstig van een wereldmarkt. • Globale klimaatveranderingen beïnvloeden het voorkomen van mycotoxinen (zie toename Aflatoxinen in Europa!) • De genetische eigenschappen van schimmels veranderen (inclusief een toename in de resistentie tegen fungiciden. • De genetica van dieren en de diervoeding is aan veranderingen onderhevig
Mycotoxinen in veevoedergrondstoffen (NL) Fusarium: MT in de gehele plant, niet alleen in de kolf!
MT in graan & stro! 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
F + Pen. in kuilvoer
% positief
DON
3/15 acetyl
DON-G
ZEA
ENN
Alternaria
RIKILT. Juni 2014: Mycotoxinen in hooi en stro
Mycotoxinen: Blootstellingsanalyse Bemonstering: waar en wanneer? Een blijvend probleem
Analytische methoden: ILWIRUSXUSRVH Screening (ELISA) versus multi-toxine analyse Lateral flow, elektrochemisch & QHDULQIUDUHG: PREVENTIE door selectie
Gemodificeerde mycotoxinen De uitdaging!
Het mysterie van de “gemaskeerde” toxinen DON
DON-glucose conjugaten: glucose
> 60% Van de totale DON-concentratie
In de plant: • Mycotoxinen worden door het schimmelmycelium in de omgeving afgegeven • Mycotoxinen zijn ook toxisch voor de plant • Planten conjugeren/modificeren mycotoxinen om zich te beschermen • Fusarium toxinen werden vooral aan suikermoleculen gebonden (glycosinolation) • Gemodificeerde mycotoxinen worden (meestal) niet gemeten • Gemodificeerde/geconjugeerde mycotoxinen worden in het lichaam weer getransformeerd en dragen bij aan de totale blootstelling.
EFSA, dec. 2014
Veranderingen! Ongewenste effecten van mycotoxinen: de diergezondheid staat centraal • • • • • •
Verminderde voeropname Verminderde voerbenutting (voederconversie) Suboptimale groei Ongewenste effecten op de stofwisseling Immunologische effecten Beïnvloeding reproductie
Toename veevoedercontaminatie (een of meerdere mycotoxinen) – Negatieve effecten op diergezondheid en productiviteit (economische verliezen)
Mycotoxinen: Risicobeoordeling Dosis-afhankelijke (acute) intoxicaties T-2 toxine (huidlaesies) OTA (beïnvloeding nierfunctie) AFL (leverschade)
Concentratie-afhankelijke systemische effecten: oxidatieve stress • Beïnvloeding celfuncties)
Niet liniair dosisafhankelijk • (1) Endocriene effecten • (2) Immunologische effecten
•Alle mycotoxinen • Af, T-2, DON, OTA, FB1
ZEA DON (trichothecenes)
Diergezondheid & & productiviteit
Fusarium-toxinen I: Trichothecenes & Zearalenone > 180 nauw verwante sesquiterpenoide Typische epoxide structuur ( C-12,13 positie)
H
R4
O
Type A: (JHHQ keto group DDQ C-8) T-2/HT-2 toxine T2-tetraol T2- triol Diacetoxyscirpenol (DAS) Neosolaniol (NEO) Monacetoxyscirpenol (MAS) Scirpenol
O R3
R1 CH 2R 2 Trichothecenes
Wij meten routinematig slechts enkele toxinen!
Type B (wel keto group DDQ C-8) Deoxynivalenol (DON) 15-AcetoxyDON, 3- AcDON Nivalenol (NIV) Fusarenon X
T2-toxine: Huidlaesies Beschadiging celmembraan Mitochondrial
100 80 60 40 20 0 0
1
10
[T-2] (nM)
100
Inductie van apoptose & necrose Stimulatie nociceptoren (PG-I, PG-E)
Nasri et al., 20006
DON –Deoxynivalenol (Vomitoxine) Klinische symptomen • Braken (vomiting) (> 2000 ppb) – CNS effecten • Voer-weigeren (Adaptatie !) (>1300ppb) • MDK: Ontsteking (< 900 ppb) – verminderde absorptie van nutriënten – immunologische – verhoogde ziekteprevalentie
DON vermindert de voeropname van mestvarkens Voeropname
| | | | | | | | | | | | | | | | |
DON / ppm
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Dänicke et al., 2000
DON (1.0 ppm) bij gespeende
biggen (VFFT/LUW) Contr. DON Bruto energieopname (kJ.kg-0.75.d-1) 983 925 Metabol. energie (kJ.kg-0.75.d-1) 816 774 Warmteproductie (kJ.kg-0.75.d-1) totaal 579 582 Gerelateerd aan activiteit 13 152 Energie-retentie (kJ.kg-0.75.d-1) totaal 237 193 Eiwit 169 161 Vet 67 32
Deoxynivalenol • Advieswaarden – Graan en graanproducten – Complete voeders : • Met uitzondering van varkens • Met uitzondering van kalveren/lammeren
8 ppm 5 ppm 0.9 ppm 2 ppm
Doelstructuur in de darm: tight junction proteins
CLDN-1
CLDN-3
CLDN-4
control
DON
DON
control
Western Blot
Caco cells
Jejunum Akbari et al 2014 / 2015 (VFFT)
Doelstructuur in de darm: tight junction proteins
In vivo: Toename para-cellulair transport Æ lekkage
Het gevolg van veranderingen aan de structuur en functie van de Tijd Junctions Zijn: - Verlies van de barrière functie (lekkage) - Toename van de passage van antigenen (& LPS) uit het darmlumen (ontsteking) - Toename van de passage van pathogenen (E. coli, Salmonella) - Reductie van het transport van nutriënten (AA, glucose). !
Mycotoxinen: effecten op de darmflora, de darmbarrière en het intestinale immuunsysteem. DON, NIV FB1
Increased cytokine productionn FB1, DON, T-2, NIV, other trichothecenes
DON, T-2 ZEA
DON
OTA, AFL, T-2 a.o.
DON & PRRS Interacties: humorale immuniteit
Dagelijkse toenamen (kg/dag)
Index antilichamen (gezonde dieren Na enting)
C.Sarard et al., 2014
DON/Vomitoxin Samenvatting: Zelfs in lage concentratie (< 0.9 ppm) beïnvloed DON - de darmbarrière & de benutting van nutriënten - Het immuunsysteem (humoraal en cellulair) - De leverfunctie (activatie Kupffer-cellen door LPS)
Verminderde prestatie Verhoogde gevoeligheid voor infectieziekten Ongewenst hoog antibioticumgebruik
Zearalenone (ZEA / ZON / F2-Toxin) Open lactonring: 3D steroïde-achtig CH3 OH O O HO O Zearalenone hoge affiniteit tot estrogeen (E2) receptoren
Hyper- estrogenisme
Mais, graan, Tapioka, Soya Fusarium graminearum (Gibberella zeae), F. culmorum, F. cerealis, F. equiseti, and F. semitectum
Klinische symptomen: Agalactie zeug – zwakke biggen
intra-uterine blootstelling peri-natale blootstelling (colostrum, melk)?
Schothorst/VFFT
Zearalenone Advieswaarden – Graan en graanproducten – Complete voeders: • Biggen en gelten • Zeugen en mestvarkens • Kalveren, runderen, schapen, geiten
2 ppm
0.1 ppm 0.25 ppm 0.5 ppm
Waarom zijn varkens zo gevoelig voor ZEA? %LRLQDFWLYDWLHYV%LRDFWLYDWLH ǂ=2/ FD[ZHUN]DPHU
ZEA in voer lever: +6'
a-zol b-zol
600
Products pm ol/m in/m g
glucuronidering 45 % van de interne dosis
400
200
75 0 10 00 12 50 15 00 17 50 20 00
25
0
50 10 0 25 0 50 0
10
ZEA con. uM
Varkens activeren ZEA
Malekinejad (VFFT) 2006
Transgenerational Toxicity of Zearalenone Exposure of P during pregnancy (200, 500, 1000 µg/kg feed) VFFT/Schothorst Analysis of female F1 at onset of puberty Steroid hormone synthesis (21 day pp)
Oestrogen Receptors
Zea exposure of sows reduced the quantity of healthy follicles in F1females Schoevers et al.,: 2012;; Reprod. Toxicol. Transgenerational toxicity of Zearalenone in pigs
Samenvatting ZEA (varkens zijn de meest gevoelige diersoort)
Embryo Blootstelling in utero
Big
Æ Æ Æ
Hormonale imbalans
Blootstelling via melk
ZEA blootstelling zeug gedurende de dracht - geen symptomen
gelt
F1 gelten: slechte reproductie
Slechte melkproductie zeug, zwakke biggen, uiteenlopende groei
Effecten bij beren: vaak vergeten Bloed testis barrière (tight junctions)
Rijpingsproces (mitosis & meiosis) Spermatogenese (39 (beer) – 75 (hengst) dagen) Veranderingen morfologie & functie (mobiliteit, penetratie)
Effecten na blootstelling zeer vertraagd
OTA: Biro et al., 2003 ZEA: Sambuu et al., 2011, 2013
Ochratoxine A (OTA) Penicillium verrucosum, Aspergillus ochraceus, Aspergillus carbonarius
COOH O CH2
CH
OH
H CH3
H Ochratoxin A
O O
N
Cl
• Necrose v/d niertubuli • Karyomegalie • Polydipsie / Polyurie • Slechte groei • Hypothermie • Immuun-suppressie • (Teratogeniteit ?)
Porcine Nephropathy
Ochratoxine A (OTA)
Hoge eiwitbinding (98.5%) Lange t1/2 (-160 uur) Meetbare serumspiegels Stapeling in de nieren Balkan Endemic Nephropathy UTT (nierkanker?)
Residuen in serum, lever, nieren (vet, spierweefsel) Advieswaarde varkensvoer: 0.05 ppm
Fumonisinen )XVDULXPYHUWLFLOOLRLGHV )PRQLOLIRUPH )3UROLIHUDWXPDR Porcine pulmonary edema
Fumonisin B1, B2, B3-11 Equine leukoencephalomalacia ELEM Fusarinic acid Fusarins Gibberilins Moniliformin
Porcine pulmonary oedema PPE Esophageal carcinoma Tumor-promoter Inhibitor of Folic acid metabolism. Neuronal tube defects neonates
Renal wasting syndrome Limietwaarde: 10 ppm
Ergot-alkaloïden: komen weer terug! Claviceps purpurea - Clavines/Ergopeptines (> 40 toxinen) Clavicepts africana – Clavines, Ergopeptines Aspergillus fumigatus - Fumigaclavines Neotyphodium/Epicloë spp Ergopeptines: Ergovaline
Vasoconstrictie (necrose oorpuntjes & start Agalactie (anti-prolactin) Uitscheiding via melk! Fotos: Landwirtschaftliches Wochenblatt 33/2013
Mycotoxinen – niet alle effecten zijn voorspelbaar! Mycotoxinen – natuurlijk toxinen – voorkomen afhankelijk van plant, schimmel, GAP, weersomstandigheden, oogst- en opslag Analytische controle (validatie methoden voor veevoeders, gal, melk) ‘gemodificeerde toxinen’ Æ veranderde advieswaarden Blootstelling: species en leeftijdsverschillen altijd co-expositie (blootstelling aan verschillende toxinen) Wisselwerkingen tussen toxinen en infectieziekten Wisselwerking: toxinen en bedrijfsmanagement (rantsoen, stressfactoren)
Dank u
