Микотоксины и способы борьбы с ними

В. Лавренова, маркетолог издательства «Сельскохозяйственные технологии»

Микотоксины — это вторичные метаболиты микроскопических грибов (плесеней), обладающие токсичными свойствами. В природе они обеспечивают выживание и конкурентоспособности плесневых грибков в различных экологических нишах. Микотоксины образуются из небольшого числа простых метаболитов растений (ацетат, малонат, мевалонат и аминокислоты) путем нескольких видов химических реакций (конденсации, окисления-восстановления, алкилирования и галогенизации), что обеспечивает их разнообразную химическую структуру.

На сегодняшний день учёными установлено более 300 видов плесневых грибков, продуцирующих более 400 токсичных веществ. Возможно, микотоксинов существует гораздо больше. Некоторые специалисты утверждают, что их продуцируют до 1/3 видов всех плесневых грибов.

Проблема микотоксикозов животных имеет огромное значение для человека, так как многие микотоксины способны проникать в мясо и молоко. Накапливаясь в организме человека, микотоксины приводят к ряду заболеваний, в том числе к онкологическим. До 36% заболеваний человека и животных в развивающихся странах прямо или косвенно связаны с микотоксинами.

В любом растительном кормовом сырье в том или ином количестве присутствуют споры плесневых грибков. При наступлении благоприятных условий они прорастают. А при любых неблагоприятных факторах (температура, химические вещества) грибковые микроорганизмы начинают вырабатывать ядовитые метаболиты.

Биохимики выделяютпять основных путей биосинтеза микотоксинов:

– поликетидный (афлатоксины, стеригматоцистин, охратоксин, патулин и др.);

– терпеноидный(трихотеценовыемикотоксины);

– через цикл трикарбоновых кислот (рубратоксины);

– аминокислотный(эргоалкалоиды, споридесмин, циклопиазоновая кислота и др.);

– смешанный (сочетание двух и более основных путей) — для производных циклопиазоновой кислоты.

Каждый вид и род плесневого гриба производит свой ассортимент токсинов. К таким патогенным организмам относятся Aspergillus, Claviceps, Fusarium, Penicillium, Neotyphodium, Phitomyces.

Основными грибами-продуцентами афлатоксинов являются токсигенные штаммы грибов Aspergillusflavus и Aspergillusparasiticus. В свою очередь, токсическое вещество Т-2вырабатывает гриб Fusariumsporotrichioides, а микотоксины ДОН и зеараленон —Fusariumgraminearum. Продуцентами охратоксина А в основном являются грибки рода Aspergillus. Продуцентами патулина являются различные виды грибков рода Penicillium, а такжеAspergillusиByssochlamys.

В зависимости от влажности воздуха и субстрата, а также температуры окружающей среды количество и химический состав микотоксинов может варьировать. Например, оптимальными условиями для синтеза афлатоксинов являются температура 28–32°С при влажности субстрата 17,0–18,5%, и влажности вырабатывается во влажном зерне уже при температуре 6–14°С.Микотоксинзеараленоннаиболее активно образуется при температуре 15–30°С и влажности субстрата 45–50%.

В связи тем, что на рост и развитие грибков в значительной мере влияет климатические условия, существуют некоторые географические закономерности обнаружения тех или иных микотоксинов в кормовом сырье, особенно в зонах с рискованным земледелием, к которым относится Россия. По данным специалистов Biomin, общий риск заражения сырья микотоксинами в Восточной Европе составляет 26%. Наибольшую опасность здесь представляют токсины ДОН-53% и Т-2 — 38%, зеараленона— 33%, фумонизинов — 26%. Риски по афлатоксинам и охратоксинам в этой части Европы составляют 16 и 18%.

Данные российских учёных, подтверждают, что в России широко представленыТ-2 токсин, ДОНи зеараленон. Наибольшее распространение в Центральном, Поволжском, Уральском, Сибирском, Дальневосточном регионах России имеет F. sporotrichiella. От 40 до 100% зернофуража, грубых кормов поражены этими видами грибов, образующими Т-2 токсин, реже НТ-2 токсин. Исследования, проведенные в 2016 г. специалистами Biomin, говорят о высоком риске заражения зерна пшеницы в ЦФО и СЗФО России трихоцетинами типа В, в том числе ДОН (они были обнаружены в 75% образцов). Трихоцетины типа А были обнаружены в 63% случаев, а зеараленон — в 38% случаев. Содержание трихоцетинов типов А и В в УФО и СФО, а также остальных федеральных округах составило соответственно 100/75% и 53/60%.

Из данных специалистов следует, микотоксинами, в той или иной мере, загрязнено значительное количество фуражного зерна. Подходящие условия для роста определенного вида гриба могут сложиться как в поле, а также в зернохранилищах. Некоторые микотоксины способны вырабатываться как при хранении кормового сырья, так на стадиях роста и плодоношения растений (микотоксинзеараленон).

Большинство плесневых грибов — аэробы, которым роста требуется не менее 1–2% кислорода. Исключением является Fusariummoniliforme, который способен расти в условиях 60% концентрации углекислого газа и менее чем при 0,5% содержании кислорода.

Последствиями размножения в кормовом сырье плесневых грибов являются снижение питательности корма, ухудшение его вкусоароматических качеств, токсическое действие на животных и птицу, приводящее к снижению продуктивности, задержке роста и гибели.

Микотоксины обладают эффектом кумуляции (накопления), что приводит к ряду негативных эффектов, в том числе тератогенного и эмбриотоксического. Именно поэтому промышленные микотоксикозы характеризуются не острым течением, а хроническим.

Микотоксины, поступая в организм с кормом, могут вызвать изменение состава микрофлоры в кишечнике, а, всасываясь в желудочно-кишечном тракте, оказать негативное действие на клетки, органы, ткани, физиологическое состояние животных.

Наиболее восприимчивыми действию микотоксинов являются молодняк, беременные самки, моногастричные животные. Жвачные животные более устойчивы к микотоксинам, поскольку микроорганизмы рубца способны их инактивировать. Однако эта закономерность справедлива для только животных с низкой продуктивностью. Высокоудойные коровы, чья микрофлора рубца подвергается воздействию ядов, страдают от воздействия этих ядов. Особенно восприимчивы к микотоксинамсвиньи и птица.

Молодые животные и птица более чувствительные к данным токсическим веществам, чем взрослые, а самцы страдают от них больше, чем самки.

Микотоксины, обладая действием, угнетающим иммунитет, могут стать причиной инфекционного заболевания, снизить эффективность вакцинации. Считается, что иммунодефицитные состояния животных, вызванные микотоксикозами, являются одной из основных причин широкого распространения лейкоза и туберкулеза у крупного рогатого скота. Они могут спровоцировать хроническое течение также и других болезней, например токсоплазмозов. Для нивелирования этого негативного действия некоторые производители нейтрализаторов микотоксинов вводят в состав иммуномодулирующие вещества.

При одновременном поступлении нескольких микотоксинов в организм животного часто наблюдается явление синергизма. Пример: фузаровая кислота не токсична для животных даже при очень высоких концентрациях, однако в комбинации с микотоксином ДОН является высокотоксичной. При взаимодействии Т-2 токсина и афлатоксина В1 острая средне смертельная доза (LD50) составляет для белых крыс возрастает с 0,85 мг/кг до 2,75 мг/кг, овец — с 0,93 мг/кг до 3,8 мг/кг. При раздельном поступлении микотоксинов эти дозы равняются для крыс 2,83 и 8,9 мг/кг, а для овец 3,1 и 9,75 мг/кг массы тела. Ученые установили, что сочетанный Т-2-афлатоксикоз характеризуется усилением тератогенного и эмбриотоксического действий.

Механизм действия микотоксинов включает:

1) ингибирование синтеза ДНК, РНК и образование аддуктов ДНК.

Например, Охратоксин А, Т-2 токсин подавляют в клетках синтез протеина, ДНК и РНК;

2) изменение мембранных структур.

Микотоксины могут стимулировать липидное переокисление в тканях. Это может быть результатом действия охратоксина А, Т-2 токсина, афлатоксина, фумонизина, дезоксиниваленола (ДОНа), зеараленона. Данный эффект микотоксинов во многих случаях вызван ухудшением антиоксидантной защиты организма;

3) запуск программированной клеточной гибели.

Например, Т-2 токсин является самым мощным фактором апоптоза.

Классификация микотоксинов до сих пор до конца не разработана.

На сегодняшний день учёные выделяют 6 категорий микотоксинов: афлатоксины, трихоцетины, фумонизины, зеараленон, охратоксины и алкалоиды спорыньи (эргоалкалоиды). Многие из них опасны для млекопитающих и птицы даже в очень малых концентрациях.

Афлатоксины. Одни из самых опасных метболитов микроскопических грибов. Они обладают резко выраженным гепатотоксическим, мутагенным, канцерогенным, иммунодепрессивным и эмбриотоксическим действием для всех видов домашних животных, особенно для свиней, уток и коров. Продуцируются грибами Aspergullusflavus и A.parasiticus, в корме присутствуют афлатоксины В1,В2,G1,G2. После поедания зараженного корма в молоке могут присутствовать афлатоксины М1 и М2.Полулетальная доза микотоксинаафлатоксина В1 (в мг на 1 кг массы животного) составляет: для крыс — 5,5, морских свинок — 1,4, кроликов и однодневных утят — 0,3, что характеризует это вещество как чрезвычайно опасный яд.

Более выраженные признаки общей интоксикации афлатоксином отмечаются у животных на фоне малобелкового рациона. Обнаружено, что при концентрациях в корме домашней птицы 0,25–0,5 мг/кг афлатоксины снижают резистентность к инфицированию Pasteurellamultocida, Salmonellaspp., вирусом болезни Марека, кокцидиями и Candidaalbicans. У свиней, потребивших корма, контаминированныеа флатоксином, затрудняется развитие иммунитета после вакцинации против рожи свиней, повышает тяжесть течения рожи свиней.

Трихоцетины. Данные микотоксины вызывают иммуносупрессию, нарушение кроветворения, дерматиты и бесплодие, а также являются мутагенами. К ним относятся около 50 химических соединений, в том числе токсины-синергисты ДОН и Т-2.

Т-2 токсин. Относится к первому классу опасности с величиной LD50 для белых мышей и крыс при однократном оральном введении 5–10 мг/кг, для цыплят 3–5 мг/кг массы животного. Т-2 токсин особенно опасен для организма кур, уток и свиней.

В дозе 2 мг/кг живой массы Т-2 токсин вызывает выраженные клинические признаки интоксикации у крупного рогатого скота, доза 3 мг/кг массы животного является смертельной; максимально переносимая доза Т-2 токсина для овец 6 мг/кг, поросят 3 мг/кг массы животного. Т-2 токсин вызывает воспаление слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта с участками некроза. Т-2 токсин подавляет функцию красного костного мозга, вызывает лимфопению и инволюцию тимуса. При хроническом течении у свиней и птиц наблюдаются снижение прироста живой массы, а также снижение яйценоскости и утончение скорлупы у птиц. Некрозы слизистой ротовой полости и языка прослеживаются при попадании в корм Т-2 токсина в концентрации 0,5 мг/кг у индюшат, 0,3 — у гусят и всего 0,25 мг/кг у утят.

Дезоксиниваленол (ДОН, вомитоксин). Вомитоксин наиболее опасен для организма свиней, в низкой степени — для коров и птицы.

Вызывает рвоту у свиней и собак при введении под кожу или интраперитониально в дозах 0,1–0,2 мг/кг массы животных. По токсичности для млекопитающих относится ко второму классу опасности с LD50 для белых крыс и мышей при однократном введении внутрь 46–51 мг/кг массы животного. Микотоксин малотоксичен для кур. На цыплят воздействие ДОНа (16 мг/кг корма) — на 10% снижают живую массу цыплят и на 19% повышают расход корма. Наибольшую опасность представляет для свиней, вызывая в очень низких концентрациях отказ от корма, в сравнительно высоких — рвоту. При введении ДОНа в корма наблюдается уменьшение прироста живой массы. Минимальная токсическая доза ДОНа для свиней, при которой не наступает видимых клинических признаков интоксикации, находится в пределах 2–4 мг/кг корма.

Зеараленон. Обладает выраженной эстрогенной активностью, вызывая вульвовагиниты у свиней и аборты у стельных коров и животных других видов. Минимальная токсическая доза, при которой отмечается эстрогенное действие микотоксина, 1,5 мг/кг корма. Зеараленон не влияет отрицательно на воспроизводительные функции кур. Высокочувствительны к токсину свиньи, могут болеть и другие виды животных, наиболее предрасположены к токсикозу свинки и хрячки в возрасте 2–5 мес. Зеараленонотоксикоз у свиней проявляется в виде вульвовагинита, абортов, нарушения полового цикла, мертворождениями и уродствами плодов, особенно в позднем периоде болезни. Зеараленон обладает мутагенными свойствами, вызывает врожденные уродства скелета. Для кур и уток данный микотоксин практически не вызывает негативных реакций.

Охратоксины. Охратоксин А очень опасен для организма свиней, средний риск поражения им у уток и кур. Вызывает нефриты, кровоизлияния в кишечнике, жировую дистрофию печени. Микотоксин обладает выраженной кумуляцией. Влияет на барьерную и всасывающую функции кишечного эпителия, вызывает кишечные расстройства, включая воспаление и диарею. Это вещество относится к высокотоксичным соединениям — LD50 для лабораторных животных при однократном введении внутрь составляет 20–28 мг/кг массы животного, для цыплят 7-дневного возраста 11–15 мг/кг. Наиболее чувствительны к нему молодняк свиней и птицы. При содержании микотоксина в кормах 0,2–0,4 мг/кг корма у свиней даже при длительном кормлении не отмечено клинических признаков интоксикации, но замечены снижение прироста массы и полиурия. Для цыплят субтоксическая доза составляет 0,6–0,8 мг/кг корма, токсическая — 1,5–2,0 мг/кг. При увеличении содержания охратоксина А в кормах до 5 мг/кг у свиней и цыплят были выражены признаки отравления и гибель отдельных животных. Имеются сообщения, что охратоксин в зависимости от дозы может задерживаться в мышечной ткани и в мышцах свиней до 2 недель, в печени до 3 и в почках до 4 недель. Не исключена также вероятность выделения микотоксина с молоком в случае поступления его в организм животного с кормами в сравнительно больших количествах.

Алкалоиды спорыньи (эргоалкалоиды) вызывают поражения нервной системы, вызывают рвоту и диарею, аборты, некрозы конечностей, ушей и хвоста.

Патулинобладает мутагенным и нейротоксическим эффектом. Вырабатывается грибами рода Penicillium и Aspergillus.

Фумонизин. Фумонизин относится к семейству микотоксинов, продуцируемых плесенью рода Fusariumverticillioides. Она обычно поражает кукурузу (в ней фумонизин выявляется чаще всего). Является канцерогеном.У свиней этот токсин поражает сердечно-легочную систему, вызывает отек легких, а также поражение печени и поджелудочной железы.

Нормирование микотоксинов в корме — очень тонкий и противоречивый вопрос. С одной стороны нельзя переоценивать экономический ущерб в связи с нанесением вреда здоровью животных и птицы. С другой стороны, производить комбикорм для животных на основе фуражного зерна и соевого шрота, совсем не содержащих микотоксины, практически невозможно.

Микотоксины в кормах можно обнаружить иммуноферментным анализом (ИФА), а также жидкостной хроматографии. Размножение плесеней в корме происходит в виде очагов, поэтому отбор проб на анализ необходимо производить очень тщательно.

Кроме того, обнаружено, что микотоксины могут маскироваться, присоединяя к себе молекулы гликозидов, эфиров жирных кислот и др. низкомолекулярных соединений, что затрудняет их обнаружение. Обработка кормов способна лишь частично снизить содержание микотоксинов в корме. При помоле загрязненного зерна большая часть токсинов остается в отрубях. Некоторые микотоксины (афлатоксины) могут разрушаться под действием света. Накапливаясь в зерне, токсины передаются в продукты переработки (в том числе в отруби).

На тепловую обработку микотоксины реагируют по–разному. Экструдирование и поджаривание зерна частично инактивируют афлатоксины. В то же время микотоксинзеараленон, сконцентрированный внутри клеток, где связан с липидами, трудно уничтожить. Тепловая обработка в нейтральной среде или кислой не разрушает его, а в щелочной при 100°С за время 50 мин. инактивируется 56% токсина. В продуктах переработки зерна (отрубях), лузге и зерноотходах концентрация токсина ДОНвыше, чем в муке, к тому же он устойчив к высоким температурным воздействиям.

Следует отметить, что в готовом комбикорме развитие плесневых грибов происходит интенсивнее, чем в зерне. Это связано с высокой гигроскопичностью и площадью субстрата. В комбикорме наиболее хорошо размножаются грибы рода Aspergillus и Penicillium. Витамины и синтетические аминокислоты, содержащиеся в комбикорме, служат хорошей питательной средой для их роста уже при 60% влажности воздуха. При активном размножении патогенных микроорганизмов комбикорм приобретает характерный солодовый запах. В рассыпных комбикормах плесневые грибы размножаются активнее, чем в гранулированных.

Фуражное зерно, обсемененное Aspergillus и Penicillium, допускается вводить в корм телятам и овцам — в количестве не более 25% от суточной нормы концентрированных кормов. Птицам и свиньям его не скармливают. При поражении грибом Fusariumзерно дается телятам на откорме(не более 25% от всех концентратов) только после его обезвреживания.

Нормирование токсинов дает возможность производить безопасные корма для всех возрастов и видов животных, особенно для цыплят и поросят.

В борьбе с микотоксинами необходимо применять ряд мер еще на стадиях выращивания и сбора кормовых растений. Они должны включать жесткий учёт расхода минеральных удобрений, оптимизацию севооборота, соблюдение правил заготовки и хранения кормового сырья.Обработка семян фунгицидами и протравителями семян усиливает образование в растениях микотоксинов.Их продуцируют устойчивые к химикатам штаммы плесневых грибков.

Поражение корма микотоксинами можно уменьшить, снизив температуру их хранения меньше 15–18°С и добившись влажности кормов менее 11–12%. Отсутствие вентиляции, влажность в хранилищах выше 60%, нарушение целостности зерна также способствует быстрому развитию плесеней. На стадии хранения зернового сырья целесообразно применять препараты-ингибиторы плесеней.

Снизить содержание микотоксинов в кормовом сырье также возможно механическими (отделение испорченного сырья), физическими (термическая, УФ, СВЧ обработки), а также химическими методами (при помощи обработки окислителями). Однако они существенные недостатки и приводят к снижению питательности корма, нарушают его всасывание.

В условиях животноводства и птицеводства целесообразно внесение в корм специальных добавок, адсорбирующих либо нейтрализующих микотоксины, получивший название биологического метода борьбы. Связывание и выведение микотоксинов при этом происходит в пищеварительном тракте животных. Исследования в области создания универсальных препаратов против микотоксинов все еще продолжаются, но в России уже представлено более 80 препаратов. При их применении можно вывести из организма до 30–40% различных токсинов. Эти добавки рекомендуется скармливать животным постоянно в качестве профилактического средства в количестве от 0,2–0,5% до 2% от рациона.

По своему происхождению препараты против микотоксинов делятся на минеральные и органические.

В зависимости от характера действия — на адсорбирующие и биотрансформирующие

Адсорбирующий эффект минеральных компонентов препаратов основан на взаимодействиях молекул токсинов с кристаллической решеткой природного или синтетического адсорбента, в результате чего происходит захват и выведение микотоксинов из пищеварительного тракта.

К неорганическим адсорбентам относятся природные (цеолиты, бентониты, диатомиты) и синтетические (калий, натрий, кальций алюмосиликаты). Неорганические адсорбенты характеризуются (отличаются) низкой ценой, но некоторые из них способны связывать в организме животных витамины, аминоксислоты и ферменты. К неорганическим адсорбентам относятся также препараты на основе активированного и неактивированного угля.

Адсорбирующим эффектом обладают β-гликаны и маннаны клеточных стенок инактивированных дрожжей и водорослей, а также лигнин и уголь. В качестве адсорбентов в составе нейтрализаторов микотоксинов также применяются биомасса дрожжей, лактобактерий, а также некоторые грибы.

По данным компании Biomin,наиболее успешно сорбируются молекулы афлатоксинов, алкалоиды спорыньи, фумонизины, охратоксины. В меньшей степени — зеараленон и трихоцетины, молекулы которых обладают большим размером.

Одно из перспективных направлений в создании новых препаратов является модификация структуры природных адсорбентов, придания им особой слоистой структуры, где между слоями минерала находятся молекулы органического происхождения. Благодаря этому сорбируются молекулы токсинов, обладающие крупными размерами. В 2005 году Olmixgroup во Франции был запатентован обладающий подобными свойствами препарат Амадеит, а в 2008 на него был получен международный патент.

Биотрансформация связана с воздействием на микотоксины специальными ферментами.Разрушение токсина происходит непосредственно в желудочно-кишечном тракте. Например, в препаратах крупного производителя Biomin дезактивация охратоксина А происходит за счет ферментативного расщепления амидной связи в токсине, молекул фумонизина В — расщепления диэфирных связей, трихоцетинов — расщепления связей эпоксидных групп, зеараленона — путем расщепления лактонового кольца.

Сочетание методов адсорбции и биотрансформации многократно усиливает эффект действия препаратов, поэтому комплексные препараты сегодня пользуются наибольшим спросом.

Комплексные нейтрализаторы микотоксинов могут дополнительно содержать компоненты, улучшающие функции печени и стимулирующие обмен веществ (витамины, аминокислоты), дубильные вещества, что позволяет снижать стрессовую нагрузку. В некоторые препараты (в том числе Биосорб Органик, Токсаут Форте) входит бетаин, который применяется в качестве частичной замены метионина и холина в рационе, одновременно выполняет роль защиты печени от проникновения микотоксинов из кишечника в кровоток.

В комплексные препараты некоторые производители добавляют эфирные масла (Заслон от «Биотроф»).

В качестве вспомогательных компонентов применяются фитодобавки. Препарат Мастерсорб GOLD производства GRASP (Бразилия)помимо алюмосиликатов кальция и натрия и дрожжевых клеток содержит силимарин (экстракт расторопши) — мощный детоксикант и антиоксидант. Экстракт расторопши содержит также Микофиксселект 3.Е (Biomin).

Одно из перспективных направлений экологически чистого животноводства — применение пробиотиков, обладающих антигрибковым действием. Например, нейтрализатор микотоксинов Фунгистат(НПФ «Элест») содержит споры бактерий рода Bacillussubtilis, который подавляет развитие плесеней, при этом продуцирует в ЖКТ аминокислоты и витамины.

В состав нейтрализаторов микотоксинов могут входить органические кислоты, которые нарушают энергетический баланс, синтез белков и ферментов плесневой клетки, что приводит к ее гибели (АтоксБио Плюс от «ТекноФид»). Гуминовые кислоты и фумаровую кислоту содержит препарат Микософт (НПЦ «АгроСистема»).

Мощным сорбентом органического происхождения является хитозан. На его основе производится препарат Хитолоза (НПФ «Элест»).

В комплексных препаратах нередко сочетаются сразу несколько минеральных адсорбентов. Например, в Кормо-Токс Плюс (алюмосиликаты, каолиниты).В состав препарата БиоТокс (Biochem)входят силикат кальция, алюмосиликат натрия. Кормовая добавка Карбитокс («Агроакадемия») содержит в составе цеолит, оксид кремния и бентонит,ХаруФикс+ (HaruPharm) содержит алюмосиликаты и каолиниты.

Одна из перспективных разработок учёных- применение в создании препаратов клеток водорослей и глюканов дрожжевых клеток. Этот позволило специалистам Alltech создать нейтрализатор токсинов Микосорб+.

Зарубежные производители нейтрализаторов микотоксинов:Alltech, Biomin, BASF, Biochem, Olmix, Ceva, Kemin, Liptosa, Impecstraco, GRASP, MIAVIT, Vetbiochem и др.

Отечественные производители нейтрализаторов микотоксинов:«Агроакадемия», НПЦ «Агросистема», «Биотроф», «ВитОМЭК», «Сиббиофарм», НПФ «Элест», «ТекноФид», БИОРОСТ, «АгроБалт трейд» и др.