Mykotoxine
21.1 Einleitung
Mykotoxine sind sekundäre Stoffwechselprodukte, die von Pilzen produziert werden, die landwirtschaftliche Erzeugnisse vor, während oder nach der Ernte kontaminieren und toxische Wirkungen bei Mensch und Tier haben können (Gnonlonfin et al., 2013; Wu et al., 2014a). Der Verderb von Nutzpflanzen durch Pilze wirkt sich auf die Gesundheit von Mensch und Tier aus und hat schwerwiegende wirtschaftliche Folgen. Die Exposition des Menschen gegenüber Mykotoxinen kann durch Kontakt, Verschlucken oder Einatmen erfolgen, und die Kontamination menschlicher Lebensmittel ist auf praktisch jeder Stufe der Nahrungskette möglich (Bryden, 2007; Paterson und Lima, 2010). Erkrankungen des Menschen sind das Ergebnis einer akuten oder chronischen Exposition, wobei eine chronische Aufnahme in der Regel häufiger vorkommt. Im Laufe der Geschichte, insbesondere in Zeiten von Hungersnöten, Kriegen und Überschwemmungen, verursachten Mykotoxine Ausbrüche, die manchmal die menschliche Bevölkerung verwüsteten (Bryden, 2007).
Schätzungsweise 25 % aller Nutzpflanzen weltweit sind von Schimmel oder Pilzen befallen (Bryden, 2007). Heute sind über 500 Mykotoxine bekannt, von denen nur wenige reguliert oder routinemäßig getestet werden, und es werden regelmäßig neue entdeckt (Anfossi et al., 2016; Streit et al., 2013; Urusov et al., 2015). Darüber hinaus kann der pflanzliche Stoffwechsel die sogenannten „versteckten Mykotoxine“ produzieren, bei denen es sich um modifizierte Verbindungen handelt, die möglicherweise nicht mit den analytischen Methoden identifiziert werden, die zur Charakterisierung ihrer Ausgangsverbindungen verwendet werden (Anfossi et al., 2016). Einige der wichtigsten Mykotoxine in der Landwirtschaft sind Aflatoxine, Fumonisine, Trichothecene, Ochratoxine, Sterigmatocystine (STCs) und Zearalenone (ZEAs) (Wu et al., 2014a). Die Mykotoxine, denen die Menschen ausgesetzt sind, und die Herausforderungen, die mit der Exposition einhergehen, variieren oft von Land zu Land. In bestimmten afrikanischen Ländern hängt die Exposition in hohem Maße mit der Abhängigkeit von großen Mengen einer einzigen Kulturpflanze, wie z. B. Mais, zusammen, was selbst bei geringen Kontaminationen zu einer Exposition führen kann, die die zulässigen Aufnahmemengen überschreitet (Bryden, 2007). Die erhöhte Empfindlichkeit von Kindern gegenüber neurotoxischen, endokrinen und immunologischen Wirkungen, ihre höhere Exposition pro Körpergewicht im Vergleich zu Erwachsenen und Unterschiede in der Physiologie machen sie besonders anfällig und empfindlicher gegenüber den toxischen Wirkungen von Mykotoxinen (Raiola et al., 2015). Es wurde vorgeschlagen, dass die Erforschung der Beteiligung von Mykotoxinen an der Pathogenese der Umwelt-Enteropathie, einer unzureichend verstandenen subklinischen Erkrankung, die durch eine verringerte Resorptionsfähigkeit des Darms gekennzeichnet ist und möglicherweise mit der Verkümmerung von Kindern in Verbindung steht, Strategien zur Verbesserung des kindlichen Wachstums liefern könnte (Smith et al., 2012).
Bestimmte Mykotoxine haben Anwendungen in der klinischen Medizin gefunden. Zum Beispiel wurde Ergotamin zur Behandlung von vaskulären Kopfschmerzen eingesetzt, und es wurden Fälle von Ergotismus beschrieben, wenn es zusammen mit Cytochrom-P450-Inhibitoren, wie HIV-Proteaseinhibitoren, oder mit bestimmten Antibiotika wie Erythromycin und Tetracyclin verwendet wurde (Avihingsanon et al, 2014; Demir et al., 2010).
Um die Biologie von Mykotoxinen zu verstehen, ist es entscheidend zu verstehen, dass die Organe oder Systeme, die hauptsächlich betroffen sind, sich bei verschiedenen Tierarten erheblich unterscheiden können. Dies macht es schwieriger, die molekularen Pfade zu entschlüsseln, die in die Pathogenese involviert sind. Beispielsweise verursachen Fumonisine bei Pferden Leukoenzephalomalazie, bei Nagetieren Nephrotoxizität und Hepatotoxizität, bei Schweinen Hepatotoxizität, linksventrikuläre Dysfunktion und ein schweres Lungenödem sowie beim Menschen Speiseröhrenkrebs (Constable et al, 2000; Dutton, 1996; Escriva et al., 2015; Haschek et al., 2001; Wu et al., 2014a).
Mykotoxine treten in Rohstoffen oft nebeneinander auf, und bestimmte Pilzarten können mehr als ein Mykotoxin produzieren. Zum Beispiel können Fusarium-Arten Trichothecene, Fumonisine und ZEAs produzieren (Anfossi et al., 2016; Qiu et al., 2016). Während biologische Wirkungen im Allgemeinen auf individueller Ebene untersucht wurden, erfolgt die Exposition oft gleichzeitig mit mehreren Mykotoxinen, die sich gegenseitig beeinflussen können. Zum Beispiel kann Ochratoxin A (OTA) synergistische oder additive Wirkungen mit Penicillinsäure, Fumonisin B1, Citrinin oder Aflatoxin B1 zeigen, aber gleichzeitige Expositionen wurden im Vergleich zu den Wirkungen einzelner Mykotoxine relativ wenig untersucht (Creppy et al., 2004; Klaric et al., 2013).
Das gestiegene Bewusstsein für durch Mykotoxine verursachte Krankheiten spiegelt sich in der wachsenden Zahl von Ländern wider, die Vorschriften erlassen haben und deren Zahl von 33 im Jahr 1981 auf 100 im Jahr 2003 gestiegen ist (van Egmond et al., 2007). Aufgrund der Tatsache, dass bei der Pathogenese von durch Mykotoxine verursachten Krankheiten mehrere Faktoren zusammenwirken, einschließlich genetischer, umweltbedingter und physiologischer Faktoren, die alle den Metabolismus und die Toxizität beeinflussen können, sind die Diagnose und die Bestätigung der Exposition gegenüber einem bestimmten Mykotoxin eine Herausforderung.