Сотниченко А.И., Оханов В.В. /20.01.2016/

Микотоксины (МКТ) представляют собой вторичные токсические метаболиты микроскопических грибов, называемых в просторечии - «плесень». Эти грибы используют производимые ими токсины в конкурентной борьбе за питательную среду с другими грибами и бактериями. Они представляют реальную опасность для животноводства и для здоровья человека, поскольку имеют повсеместное распространение в растительном мире, достаточно устойчивы и проявляют множественные токсические эффекты на организм теплокровных при попадании с пищей. Некоторых из них в своё время бравые военные пытались даже использовать в качестве боевых отравляющих веществ (Т-2 токсин).

Эволюционно грибы и, естественно, МКТ намного старше, чем позвоночные, которые эволюционировали в их постоянном окружении. У животных и птиц, которые питались растительной пищей, постепенно складывались определённые пищевые привычки и стиль пищевого поведения. Животные обычно проявляют селективность при выборе рациона и стараются избегать употребления в пищу растений или их частей, поражённых плесневыми грибами. Но это происходит в естественной среде обитания при свободном выборе источника пищи и при её наличии. В условиях животноводческого комплекса такого выбора для животного, к сожалению, нет. Но он есть у животновода и ветеринара.

В процессе эволюции у позвоночных развилась достаточно эффективная система детоксикации чужеродных соединений, не представляющих пищевой ценности — ксенобиотиков. В наибольшей степени комплексы ферментов этой системы оксидазы, монооксигеназы, пероксидазы, гидролазы, трансферазы и др. сосредоточены в клетках печени. Эти комплексы представлены также в других органах и тканях, но главную нагрузку все же несёт печень. Основная функция системы метаболизма ксенобиотиков состоит в модификации молекулы «бесполезного» с точки зрения питательной ценности, а порой и токсичного вещества, до такой степени, чтобы это вещество могло быть выведено из организма естественным путём с минимальными затратами энергии. Эта система эффективно функционирует уже многие десятки миллионов лет, но когда в организм попадают ксенобиотики, с которыми она до сих не сталкивалась, она может дать сбой. Также данная система обладает конечной ёмкостью по обезвреживанию токсичных ксенобиотиков. Она не может обезвредить количество ксенобиотиков, превышающее её «производственные мощности». Именно производительность системы метаболизма ксенобиотиков определяет величины значений ПДК, МДУ и т. д., принятые для вредных веществ.

Хотя клинические симптомы воздействия МКТ на здоровье животных и человека упоминаются с библейских времён, широкой публике сами МКТ стали известны лишь с начала 60-х годов ХХ века. Тогда в Великобритании за очень короткий промежуток времени на нескольких фермах погибли более 100 тысяч индюшат, в корм которых добавляли арахисовый шрот. Позже в нём и были обнаружены и выделены в индивидуальном состоянии микотоксины, названные афлатоксинами.

О микотоксинах написаны горы статей в научной, производственной и популярной литературе, но здесь мы остановимся только на некоторых аспектах, связанных с присутствием МКТ в кормах.

Во-первых, МКТ в отличие от тяжёлых металлов, ПАУ и СОЗ, загрязняют кормовые культуры не только в процессе выращивания на полях, но их концентрация продолжает нарастать и в период хранения урожая в ненадлежащих условиях. В связи с этим, МКТ условно делят на две большие группы: «полевые» и «амбарные». В таблице представлены некоторые из наиболее распространённых микотоксинов и микроскопические грибы, которые их производят.

Таблица 1. Некоторые представители «полевых» и «амбарных» микотоксинов

Во вторых, МКТ представляют собой весьма обширную группу разнородных химических соединений (уже известны более 400), объединённых только по одному признаку — по источнику своего происхождения. Среди микотоксинов, производимых одним каким-то родом грибов-продуцентов, встречаются структурные аналоги, например трихотецены (Fusarium), афлатоксины (Aspergillus) или эргоалкалоиды (Claviceps), но в целом, это очень «разношестная публика». Для иллюстрации данного утверждения ниже приведены их структурные формулы.

Таблица 2. Структурные формулы некоторых микотоксинов.

Цитринин	Т-2 токсин	Охратоксин А
Стеригматоцистин	Афлатоксин В1	Дезоксиниваленол
Патулин	Зеараленон	Эргометрин
Тентоксин	Ниваленол	Фумонизин В1

В целом микотоксины существенно различаются как по размерам, форме и массе молекул, так и по полярности, строению, и наличию тех или иных функциональных групп, и по химическим и биологическим свойствам. Поэтому весьма сложно создать универсальное средство для их нейтрализации в кормовой массе. Чаще всего для этих целей до сих пор используют сорбенты микотоксинов. Причём, основное внимание среди специалистов уделяется обнаружению в корме тех микотоксинов, которые потенциально могут быть удалены из корма с применением уже существующих средств, а именно: афлатоксинов, охратоксина А, дезоксиниваленола, диацетоксисцирпенола, ниваленола, Т-2/НТ-2 токсинов, зеараленона и фумонизинов, которые, за исключением зеараленона и охратоксина А, представляют собой довольно полярные субстанции.

Рисунок 1. Распределение «наиболее распространённых» микотоксинов по степени полярности.

МКТ, представленные на рис.1, распределены по оси абсцисс в соответствии с их значениями коэффициента распределения в системе октанол/вода (Log Pow).

Производитель известной серии сорбентов МКТ на основе стенок дрожжевых клеток «Микосорб» — компания Alltech Inc. (США) в рамках выполнения программы «Alltech's 37+» предлагает определение большего числа МКТ — 37. Эта выборка (37+) в виде гистограммы выглядит более репрезентативно.

Рисунок 2. Распределение по полярности 37 микотоксинов из программы «Alltech's 37+» (Alltech Inc., USA).

Простое сравнение двух рисунков показывает, что в данной выборке неполярных МКТ уже намного больше, чем на рис. 1. Кстати, по результатам, полученным в рамках выполнения данной программы, сотрудниками компании отмечено, что более 95% всех тестированных образцов зерна заражены МКТ, а в 75% из них обнаружено минимум три МКТ. Очевидно, что при увеличении числа определяемых микотоксинов степень загрязнения кормов будет увеличиваться (эффект фонарного столба).

В «Application Note No. 720004961EN AG-PDF" от известного производителя хроматографического оборудования и материалов Waters Corp. (США) сообщается о разработке эффективного метода определения 33 МКТ в образцах кормов для сельскохозяйственных животных. Кроме традиционных в этой работе авторы оценивали уровень также и «новых», или «появляющихся» токсинов (emerging mycotoxins). Имеется в виду то, что на эти микотоксины, хотя они известны давно, ранее не обращали особого внимания. В этой выборке содержится ещё больше неполярных МКТ, чем в случае с программой «Alltech's 37+".

Рисунок 3. Распределение по полярности 33 микотоксинов из приложения № 720004961EN AG-PDF (Waters Corp., USA)

В ней уже представлены 4 представителя ионофорных антибиотиков энниатинов и боверицин (группа в диапазоне 6,4-8,5). Примечательно, что если из «старых» МКТ, ДОН, фумонизины В1 и 2, зеараленон и охратоксин А присутствуют в 5-7 образцах из 12 изученных (50%), то энниатины А, А1, В и В1 и боверицин из «новых» присутствуют в 10 образцах из 12 (83%).

Компания Phenomenex Inc. (США), которая выпускает носители и колонки для жидкостной и газовой хроматографии, в техническом приложении №20027 «iMethodTM Food – Multi-Class Screening of 243 Mycotoxins by LC/MS/MS» опубликовала на своём сайте данные о возможности оценки в продуктах питания до 243 разных МКТ и их метаболитов при использовании жидкостной хроматографии с масс-спектрометрической детекцией. На рисунке ниже представлен «профиль полярности» этих МКТ (n = 204) в диапазоне -2 < Log Pow < 10.

Рисунок 4. Распределение микотоксинов по полярности по данным Phenomenex Inc. (США).

Можно видеть, что на долю полярных МКТ (-2 < Log Pow < 1) приходится до 20% данной выборки, около 40% приходится на долю умеренно полярных соединений (1 < Log Pow < 3) и около 40% — на долю неполярных МКТ (Log Pow > 3). Из этого следует, что более 70% МКТ не могут быть удалены из корма с помощью современных сорбентов.

На рисунке ниже представлены данные о распределении по полярности микотоксинов в более объёмной выборке (n = 429). Были использованы значения Log Pow для соответствующих МКТ с интернет- ресурса https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound .

Рисунок 5. Распределение по полярности микотоксинов (n = 429).

Можно видеть, что при увеличении количества рассматриваемых МКТ с 200 до 400 картина, в общем, меняется мало.

Команда из исследовательского центра компании BIOMIN Holding GmbH (Австрия) недавно опубликовала результаты оценки 83 образцов кормов и их компонентов из Австрии и ряда других стран, по содержанию в них 139 различных МКТ и некоторых их метаболитов. Ниже на рисунке приведена наша привязка по полярности 39 разных МКТ, содержащихся в наибольшем количестве образцов (8 - 98% от всех образцов).

Рисунок 6. Степень загрязнения кормов микотоксинами по данным компании BIOMIN Holding GmbH (Австрия).

По оси ординат представлено отношение количества образцов, в которых обнаружен тот или иной МКТ в процентах от общего количества образцов. В данной выборке только 17% МКТ представлены полярными веществами, около 30% – умеренно полярными и остальные 50% представлены неполярными МКТ. Следует обратить внимание на высокую степень зараженности кормов МКТ (>60%), сильно различающимися по полярности.

В упомянутом исследовании были также приведены данные по перекрёстному загрязнению этих кормов и их компонентов 139 различными МКТ и их метаболитами. Оказалось, что только 2% всех образцов были загрязнены менее, чем 10 разными МКТ, 4% содержали от 10 до 15 МКТ, 12% – от 16 до 20 МКТ, 17% – от 21 до 25 МКТ и 26% – от 26 до 30 разных МКТ. Можно констатировать, что «кажущаяся» степень загрязнения кормов напрямую зависит от количества определяемых МКТ и от чувствительности применяемого аналитического метода. В данном случае 60% от всей выборки образцов корма (n = 83) содержат более 20 разных МКТ.

Давайте рассмотрим процесс адсорбции микотоксина на гипотетическом сорбенте. Как микотоксин может взаимодействовать с поверхностью сорбента для прочного на ней закрепления (лучше необратимого)?

В структурах молекул МКТ содержатся отдельные участки, содержащие различные полярные и неполярные функциональные группы. К полярным группам, которые представлены в МКТ, можно отнести гидроксильные группы (-ОН), карбонильные группы — альдегидные (-СНО) и кетогруппы (=О), карбоксилы (-СООН), эпоксигруппы (-О-), аминогруппы (-NH₂), иминогруппы (-NH-), амидные группы (-CONH-), галогены и некоторые другие. Все они могут взаимодействовать с полярной поверхностью сорбента, образовывая разные виды связей — ионные, водородные, Ван-дер-Ваальсовы и другие.

В молекулах МКТ присутствуют также неполярные участки, содержащие только углеводородную составляющую, например, насыщенные и ненасыщенные алициклические и ароматические одиночные и конденсированные кольца, алкильные, алкенильные и алкинильные заместители и т. д. Такие части молекул не способны сколь-нибудь прочно удерживаться на полярной поверхности в водной среде и могут сорбироваться только на неполярной поверхности. Такие поверхности содержат неполярные обращённо-фазовые сорбенты.

В свете вышеизложенного трудно представить «идеальный» сорбент для микотоксинов, который с близкой эффективностью и достаточной ёмкостью сорбировал бы и полярные, и неполярные участки молекулы. Можно с высокой долей уверенности утверждать, что таким сорбентом может быть не один какой-то «универсальный» сорбент, а только комбинация двух или нескольких сорбентов разных типов с перекрывающимися диапазонами специфичности.

Рекомендуемая литература
1. В. Тутельян, Л. Кравченко // Микотоксины (Медицинские и биологические аспекты) //Москва (1985) Медицина, 320 с.
2. E.M. Binder, L.M. Tan, L.J. Chin, J. Handl, J. Richard // Worldwide occurrence of mycotoxins in
commodities, feeds and feed ingredients // Animal Feed Science and Technology (2007) 137, 265–282.
3. J. W. Bennett and M. Klich // Mycotoxins // Clinical Microbiology Reviws, (2003) Vol. 16, No. 3, p. 497–516.
4. А. Брылин // Микотоксикозы свиней // Свиноводство (2015) №6, стр. 45-46.
5. M. Peraica, B. Radic Â, A. Lucic, Â. M. Pavlovic  // Toxic effects of mycotoxins in humans // Bulletin of the World Health Organization, 1999, 77 (9), 754-766.
6. B.I. Agag // Mycotoxins in Foods and Feeds/ 1/ Aflatoxins // Ass. Univ. Bull. Environ. Res. Vol. 7 No. 1, March 2004.
7. В. Крюков // Микотоксины в молочном скотоводстве // Комбикорма (2011) № 6 стр. 75-77.
8. М. Jesto // Emerging fusarium-mycotoxins fusaproliferin, beauvericin, enniatins, and moniliformin: А review // Crit Rev Food Sci Nutr. (2008 Jan) 48(1):21-49.
9. Phenomenex Inc., Technical Application TN-1119
10. Phenomenex Inc., Application No. 20027 Food - Multi-Class Screening of 243 Mycotoxins by LC/MS/MS
11. S. Stead, D. Roberts, A. Gledhill, et al. // The Development of a Sensitive Multi-Residue LC-MS/MS Method for the Quantitative Determination of Mycotoxins in Animal Feedstuffs and Silage Using Xevo TQ-S // Waters Corp., Application Note No. 720004961EN AG-PDF
12. E. Streit, C. Schwab, M. Sulyok et al. // Multi-Mycotoxin Screening Reveals the Occurrence of 139 Different Secondary Metabolites in Feed and Feed Ingredients // Toxins (2013) 5, 504-523.
13. А. Сотниченко, В. Оханов // Неполярные токсины в кормах. Стратегия борьбы. // Комбикорма (2016) №1, стр. 106-109.