Афлатоксины

Афлатоксины — это группа природных микотоксинов (ядовитых вторичных метаболитов), продуцируемых некоторыми видами плесневых грибов рода Aspergillus, в первую очередь Aspergillus flavus и Aspergillus parasiticus. Афлатоксины обладают выраженными гепатотоксическими, мутагенными, тератогенными и канцерогенными свойствами, классифицируются Международным агентством по изучению рака (МАИР) как канцерогены группы 1 (доказанная канцерогенность для человека). Они являются одними из наиболее опасных и распространённых контаминантов пищевых продуктов и кормов в мире.

История открытия

В 1960 году в Великобритании произошла массовая гибель индеек (более 100 000 птиц), получившая название «индюшачья болезнь X» (Turkey X disease). Вскрытие показало некроз печени и желтуху. Причиной оказался кормовой арахисовый шрот, заражённый плесневым грибом Aspergillus flavus. В 1961 году токсичный метаболит гриба был выделен и назван «афлатоксином» (от A. flavus + «токсин»). Впоследствии были идентифицированы основные типы афлатоксинов: B1, B2, G1, G2 (названия даны по цвету флуоресценции под ультрафиолетом — синий (blue) и зелёный (green) соответственно). В 1960-е годы было установлено, что афлатоксин B1 является одним из сильнейших природных гепатоканцерогенов.

Химическая структура и свойства

Афлатоксины относятся к группе дифуранокумаринов. Их молекулярная структура включает бициклическое фурановое кольцо, соединённое с кумариновым ядром.

Основные типы

Примечание: LD50 — полулетальная доза, вызывающая гибель 50% подопытных животных.

Афлатоксины B1 и B2 продуцируются преимущественно A. flavus, а G1 и G2 — A. parasiticus. Наиболее токсичным и распространённым является афлатоксин B1 (AFB1). В молоке животных, потреблявших заражённый корм, обнаруживаются гидроксилированные метаболиты — афлатоксины M1 и M2 (M — от milk, молоко). Они также токсичны, но в меньшей степени, чем B1.

Физико-химические свойства

• Термостабильность: афлатоксины устойчивы к нагреванию. Обычная кулинарная обработка (варка, жарка, выпечка) при температурах до 100–120 °C не разрушает их. Разрушение начинается при температурах выше 250 °C (например, при обжаривании арахиса в масле при 260 °C в течение 30 минут снижает содержание AFB1 на 80–90%).
• Растворимость: хорошо растворимы в полярных органических растворителях (метанол, хлороформ, ацетон, диметилсульфоксид), плохо — в воде (растворимость AFB1 в воде составляет около 10–30 мг/л).
• Стабильность к pH: устойчивы в слабокислой и нейтральной среде (pH 3–7), нестабильны в сильнощелочной среде (pH > 10) и под действием окислителей (например, гипохлорита натрия).

Биосинтез и продуценты

Основными продуцентами афлатоксинов являются грибы рода Aspergillus:

• Aspergillus flavus — наиболее распространённый вид; продуцирует афлатоксины B1 и B2.
• Aspergillus parasiticus — продуцирует афлатоксины B1, B2, G1, G2.
• Aspergillus nomius — реже встречающийся вид, также способный синтезировать афлатоксины.

Биосинтез афлатоксинов — сложный многостадийный процесс, включающий около 25 ферментативных реакций. Ключевой генный кластер (afl-кластер) содержит гены, кодирующие поликетидсинтазу (PKS), оксидазы, редуктазы и другие ферменты. Синтез начинается с ацетил-КоА и малонил-КоА, проходя через стадии образования норсолариновой кислоты, версиколорина A и стеригматоцистина (промежуточный продукт, также токсичен).

Условия образования

Продукция афлатоксинов зависит от факторов окружающей среды:

• Температура: оптимальная — 25–35 °C (для A. flavus — 28–33 °C).
• Влажность: активность воды (aw) не менее 0,85–0,90 (для роста гриба) и 0,92–0,95 для интенсивного токсинообразования.
• Субстрат: богатые углеводами и липидами продукты — арахис, кукуруза, рис, семена хлопчатника, орехи (фисташки, миндаль, грецкие орехи), специи (перец, имбирь), сухофрукты (инжир, изюм).
• Повреждение зерна: механические повреждения насекомыми или при уборке способствуют инфицированию.
• Кислород: аэробы, для роста необходим доступ воздуха.

Метаболизм и токсикология

Всасывание и распределение

Афлатоксины быстро всасываются в желудочно-кишечном тракте (преимущественно в тонком кишечнике) и поступают в портальный кровоток. В печени они подвергаются метаболизму ферментами системы цитохрома P450 (в первую очередь CYP1A2, CYP3A4). Основной путь метаболизма — эпоксидация афлатоксина B1 с образованием высокореакционноспособного афлатоксин B1-8,9-эпоксида (AFB1-эпоксид). Этот метаболит способен ковалентно связываться с ДНК, РНК и белками, вызывая мутации и повреждения клеток.

Механизм токсичности

• Гепатотоксичность: AFB1-эпоксид связывается с гуаниновыми основаниями ДНК (образует аддукт AFB1-N7-гуанин), что приводит к точечным мутациям (в частности, транзиции G→T в гене-супрессоре опухолей TP53). Это ключевой механизм гепатоканцерогенеза.
• Острое отравление: вызывает некроз гепатоцитов, жировую дистрофию печени, печёночную недостаточность, желтуху, геморрагический синдром (из-за нарушения синтеза факторов свёртывания крови).
• Хроническое воздействие: приводит к циррозу печени, гепатоцеллюлярной карциноме (ГЦК), иммуносупрессии, задержке роста у детей, нарушению репродуктивной функции.

Канцерогенность

МАИР (IARC) классифицирует афлатоксин B1 как канцероген группы 1 (доказанная канцерогенность для человека). Афлатоксины M1, B2, G1, G2 — группа 2B (возможно, канцерогенны для человека). Эпидемиологические исследования в регионах с высоким потреблением заражённых продуктов (Африка, Юго-Восточная Азия, Китай) показывают прямую корреляцию между уровнем афлатоксинов в пище и заболеваемостью раком печени. У людей с хроническим гепатитом B (HBV) риск ГЦК при воздействии афлатоксинов возрастает в 30–60 раз.

Пути загрязнения и распространение

Афлатоксины загрязняют пищевые продукты и корма на всех этапах — от поля до хранения. Основные источники:

• Зерновые культуры: кукуруза, пшеница, ячмень, рис, овёс.
• Масличные культуры: арахис, семена хлопчатника, подсолнечник, соя.
• Орехи: фисташки, миндаль, грецкие орехи, кешью, бразильский орех.
• Специи: перец (чёрный, красный), имбирь, куркума, паприка, мускатный орех.
• Сухофрукты: инжир, изюм, финики, чернослив.
• Молоко и молочные продукты: афлатоксин M1 (метаболит AFB1) обнаруживается в молоке коров, коз, овец, потреблявших заражённый корм. В сырах и йогуртах концентрация M1 может сохраняться.

В регионах с тропическим и субтропическим климатом (Африка, Южная Азия, Южная Америка) проблема афлатоксинов наиболее остра из-за высокой температуры и влажности, способствующих росту плесени. В странах с умеренным климатом (в том числе в России) загрязнение чаще происходит при нарушении условий хранения (повышенная влажность, плохая вентиляция).

Нормирование и контроль

Предельно допустимые уровни (ПДУ)

В разных странах установлены различные нормативы. В Российской Федерации действуют Технические регламенты Таможенного союза (ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции»):

• Афлатоксин B1 (в зерне, орехах, специях, сухофруктах): не более 0,005 мг/кг (5 мкг/кг).
• Афлатоксин M1 (в молоке и молочных продуктах): не более 0,0005 мг/кг (0,5 мкг/кг) — для взрослых; для детского питания — 0,00002 мг/кг (0,02 мкг/кг).

В Европейском союзе (ЕС) нормы дифференцированы: для арахиса и орехов, предназначенных для непосредственного потребления, — 2 мкг/кг для AFB1 и 4 мкг/кг для суммы афлатоксинов (B1+B2+G1+G2). В США FDA устанавливает пределы: 20 мкг/кг для всех пищевых продуктов (кроме молока) и 0,5 мкг/кг для афлатоксина M1 в молоке.

Методы контроля

• Скрининговые методы: тонкослойная хроматография (ТСХ), иммуноферментный анализ (ИФА, ELISA), тест-полоски (латеральный проточный анализ).
• Подтверждающие методы: высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) с флуоресцентным детектором (HPLC-FLD) или масс-спектрометрией (LC-MS/MS). Эти методы обеспечивают высокую чувствительность (до 0,1 мкг/кг) и точность.
• Методы снижения: физические (сортировка, промывка, обжаривание, экструзия), химические (обработка аммиаком, озоном, перекисью водорода), биологические (использование бактерий Lactobacillus или Bacillus для связывания афлатоксинов).

Профилактика

Основные меры профилактики загрязнения афлатоксинами:

• Агротехнические: соблюдение севооборота, использование устойчивых сортов, борьба с насекомыми-вредителями, своевременная уборка урожая.
• Послеуборочные: быстрая сушка зерна до влажности менее 12–14%, хранение в сухих, прохладных, хорошо вентилируемых помещениях, регулярный мониторинг.
• Переработка: сортировка и удаление повреждённых, заплесневелых зёрен и орехов (визуально или с помощью ультрафиолетового облучения — афлатоксины флуоресцируют).
• Контроль кормов: добавление адсорбентов (бентонит, глины, активированный уголь) в корма для животных для снижения всасывания афлатоксинов.

Экономическое значение

По оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), афлатоксины поражают до 25% мирового урожая продовольственных культур. Экономические потери складываются из:

• снижения урожайности и качества продукции;
• затрат на контроль и детоксикацию;
• потерь экспортного потенциала (особенно для стран Африки и Азии, чья продукция не соответствует стандартам ЕС и США);
• ущерба здоровью населения и расходов на здравоохранение.

В России проблема афлатоксинов актуальна для южных регионов (Краснодарский край, Ростовская область, Ставрополье), где выращивают кукурузу, подсолнечник и арахис. Ввозимые из тропических стран орехи, специи и сухофрукты также подлежат обязательному контролю.

Источники

1. Bennett J.W., Klich M. Mycotoxins // Clinical Microbiology Reviews. — 2003. — Vol. 16, № 3. — P. 497–516.
2. International Agency for Research on Cancer (IARC). Aflatoxins // IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. — Lyon, 2012. — Vol. 100F. — P. 225–248.
3. ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции» (с изменениями).
4. СанПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов».
5. CAST (Council for Agricultural Science and Technology). Mycotoxins: Risks in Plant, Animal, and Human Systems. — Task Force Report № 139. — Ames, Iowa, 2003.
6. Wild C.P., Gong Y.Y. Mycotoxins and human disease: a largely ignored global health issue // Carcinogenesis. — 2010. — Vol. 31, № 1. — P. 71–82.
7. FAO/WHO. Evaluation of certain food additives and contaminants (Aflatoxins) // WHO Technical Report Series. — 2017. — № 1002.