The toxicity of Fusarium mycotoxins enniatin and moniliformin.

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-225-164-0
Title: The toxicity of Fusarium mycotoxins enniatin and moniliformin.
Author: Jonsson, Martina
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Department of Biosciences, Division of General Microbiology
Finnish Food Safety Authority, Evira Chemistry Research Unit
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
ISSN: 1797-2981
Abstract: The red mold Fusarium, is a fungal pathogen, infecting mainly small-grain cereals in the temperate regions of the world. In Scandinavia, F. avenaceum, F. culmorum, F. poae, and F. sporotrichioides infections are most common, but in recent years F. graminearum and F. langsethiae infections have increased, as well. Most Fusarium species are capable of producing a variety of mycotoxins, possibly providing an edge over competing strains at the site of infection. Mycotoxins can evoke a broad range of toxic effects in humans and animals, including neurotoxicity, immunotoxicity, reproductive-, and developmental toxicity and carcinogenicity. The most toxic fusariatoxins include the tricothecenes, fumonisins and zearalenone. However, less studied mycotoxins, as enniatins (Enns) and moniliformin (MON) are frequently found in grain products, hence, causing a risk of a daily, low-level exposure of human and livestock, the significance of which is still unclear. The aim of this study was to provide further insights into the toxicity of Enns and MON, and into the mechanism of action of EnnB, monitored at gene expression level. Furthermore, the acute oral toxicity and repeated, low-dose, oral toxicity of MON in Sprague-Dawley rats was assessed, adapting OECD Guidelines 423 and 407. We report clear toxic outcomes of EnnB in vitro, as it affected cellular energy metabolism by reducing ATP levels in cell cultures and cell proliferation, already at low concentrations (below 10 μM) in the cell lines Balb 3T3 and HepG2. EnnB exposure slightly increased the proportion of early apoptotic cells, as well. Gene expression studies revealed alteration of energy metabolism, due to effects on gene expression of genes associated with mitochondrial organization and function and assembly of complex I of the electron transport chain. Moniliformin (MON) did not induce significant toxicity in vitro. However, high doses of MON (50 mg/kg b.w.) caused acute toxicity in rats, seen as cardiovascular changes and respiratory distress, resulting in death. According to the OECD Globally Harmonized System, the toxicity of MON could be classified into category 2, and a LD50 cut of value of 25 mg/kg b.w. was determined. Long term, low dose exposure affected mainly the innate immunity, by reducing the phagocytic activity of rat neutrophils in all tested groups. Hence, a LOAEL of 3 mg/kg b.w. for MON was suggested. The rats of the lowest dose groups (3-6 mg/kg b.w.) remained clinically healthy. Two rats of five in the highest dose group (15 mg/kg b.w.) showed similar signs as in the acute oral toxicity test and died. Excretion kinetics revealed that MON is rapidly excreted in urine, in less than 6 h, but only 1-2% was found in feces. This indicates that the urinary excretion is the main route for elimination.Fusarium punahome on merkittävä viljelyskasvien taudinaiheuttaja, joka aiheuttaa maailmanlaajuisesti suuria taloudellisia tappioita. Euroopassa erityisesti vilja-kasvit ovat alttiita Fusarium infektioille. Taudinaiheutuskyvyn lisäksi Fusarium lajit pystyvät tuottamaan ns. mykotoksiineja, joista osalla on haitallisia terveysvaikutuksia eläimille ja ihmisille. Toksiinipitoisuudet vaihtelevat vuosittain sääolojen mukaan. Pitkäaikainen altistuminen voi aiheuttaa esim. hermostooireita, immuunijärjestelmän heikkenemistä, lisääntymisongelmia ja jopa syöpää. Haitallisimpia vaikutuksia aiheuttavat trikotekeenit, esim. deoksinivalenoli (DON), T-2 ja HT-2 toksiinit, jotka voivat aiheuttaa jo kerta-annoksena pahoinvointia, ripulia, oksentelua, päänsärkyä ja huimausta. EU:n tiedekomitean määrittämä siedettävä päivittäinen enimmäismäärä DON:lle on 1 µg/kg ruumiinpainoa (rp) kohden. Pohjoismaissa myös vähemmän tunnettuja Fusarium mykotoksiineja, enniatiinia ja moniliformiinia löytyy usein viljasta pieninä pitoisuuksina. Näiden kahden mykotoksiinin haittavaikutuksista on toistaiseksi vain vähän tutkimustietoa. Väitöskirjatutkimuksella onkin pyritty tuomaan lisätietoa enniatiinin (Enn) ja moniliformiinin (Mon) toksisuudesta solutasolla. Lisäksi on pyritty selventämään Enn:in vaikutusmekanismia geeniekspressiotutkimusten avulla. Mon:in akuuttia sekä subkroonista oraalista toksisuutta rotilla selvitettiin OECD:n ohjeistusta 423 and 407 mukaillen. Enniatiinin todettiin jo pieninä (< 10 µM) pitoisuuksina vähentävän solunjakautumista ja solulysaattien ATP (adenosiinitrifosfaatti) tasoja. Geeniekspressiotutkimuksissa Enn:in todettiin vaikuttavan solun energiantuotantoon vähentämällä tiettyjen, solun mitokondrioiden soluhengityksessä olennaisten, geenien ilmentymistä (elektronin- siirtoketjun entsyymin, kompleksi 1 geenit). Mon:in ei todettu olevan kovin toksinen solukokeissa. Sen sijaan Mon aiheutti suurena annoksena (50 mg/kg rp) rotilla sydämen rytmihäiriöitä, hengenahdistusta ja kuoleman. Mon:in todettiin OECD:n (GHS) luokituksen mukaan kuuluvan 2 luokan toksiineihin. Pidempiaikainen altistus pienellä annoksella heikensi immuunijärjestelmää, vähentämällä neutrofiilien fagosytoottista aktiviteettiä. Tämän perusteella ehdotettiin Mon:in alhaisimmaksi haitalliseksi pitoisuudeksi 3 mg/kg rp. Mon:in ei todettu pienillä annoksilla aiheuttavan rotilla muita haittavaikutuksia. Vaikka Enn:lla ja Mon:lla todettiin selvästi olevan toksisia vaikutuksia solu tai eläintasolla, niin viljatuotteissa esiintyvät pitoisuudet ovat huomattavasti pienempiä kuin tutkimuksessa käytetyt, joten on epätodennäköistä että kuluttaja saisi em. toksiineista oireita ruoasta.
URI: URN:ISBN:978-952-225-164-0
http://hdl.handle.net/10138/227965
Date: 2017-12-08
Subject:
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
THETOXICF.pdf 2.020Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record