Fumonisinas - Las micotoxinas subestimadas en avicultura, ganadería y humanos

FUMONISINAS LAS MICOTOXINAS SUBESTIMADAS en avicultura, ganadería y humanos

Deepthi B V y M Y Sreenivasa Departamento de Microbiología, Universidad de Mysore, India.

Correo electrónico: sreenivasamy@gmail.com; mys@microbiology.uni-mysore.ac.in

1

Las fumonisinas son micotoxinas producidas principalmente por las especies Fusarium verticillioides y Fusarium proliferatum, estando asociadas sobre todo con el maíz y los piensos para avicultura y otros animales de producción (Dass et al., 2008;

Sreenivasa et al., 2011; Deepa et al., 2016).

Los cereales y sus subproductos, usados principalmente como

CONTAMINACIÓN CON ESPECIES DE FUSARIUM PRODUCTORAS DE FUMONISINAS

ingredientes de los piensos,

de piensos para avicultura

representan un excelente sustrato para el crecimiento y la reproducción de los hongos, lo que tiene graves consecuencias para la seguridad de los alimentos y los piensos.

64,28%

45,37% de mezclas de piensos de Karnataka

25% de piensos para ganadería

En un estudio micológico llevado a cabo por nuestro laboratorio, el 45,37% de las mezclas de alimentos recolectadas en todo Karnataka (India) resultaron estar contaminadas con especies de Fusarium productoras de fumonisinas (Figura 1).

Además, el estudio reveló una frecuencia de contaminación por Fusarium del 25 % y 64,28 % en los piensos para ganadería y avicultura, respectivamente.

Figura 1. Fusarium y otras especies de hongos micotoxigénicos aislados de mezclas de piensos para ganadería y avicultura.

2

Frecuencia porcentual

Por otra parte, otros géneros de hongos como Aspergillus

flavus, A. columnaris, A. candidus, A. niger, A. parasiticus,

Piensos para avicultura

Penicillium, Cladosporium, Rhizopus, Helminthosporium, Mucor, hifas estériles, etc. presentaron una frecuencia del

Piensos para ganadería

50% y del 82,1% en los piensos para ganadería y avicultura, respectivamente (Figura 2).

0%

10%

20%

30%

Otros hongos

40%

50%

60%

70%

80%

90%

Especies de Fusarium

Las fumonisinas son capaces de inducir efectos tóxicos, tanto agudos

Figura 2. Frecuencia porcentual de los alimentos para ganadería y avicultura que muestra la contaminación por Fusarium y otros hongos.

como crónicos, en las aves de corral y el ganado. Estos efectos dependen de: El tipo de micotoxina El nivel y la duración de la exposición La especie animal que está expuesta y la edad del animal (D’mello et al., 1999) La toxicidad aguda suele provocar una rápida aparición y una respuesta tóxica evidente, mientras que la toxicidad crónica se caracteriza por

Ésteres tricarbálicos

una exposición a bajas dosis de toxinas durante un largo período de tiempo, lo que provoca cáncer y otros efectos generalmente irreversibles.

Químicamente, las fumonisinas son metabolitos secundarios tóxicos y cancerígenos que tienen: Una estructura lineal de 20 carbonos Un grupo amino en el átomo de carbono 2 (C-2)

O

O

FUMONISINA

OH O

HO

CH₃

H₃C CH₃

HO O HO

O

CH₃

O

Grupos metilo

Grupos amino

Grupos de metilo en C-12 y C-16 Ésteres tricarbálicos en C-14 y C-15

3

Absorción: la FB1 se absorbe mal a

Las fumonisinas se clasifican en cuatro grupos en función de sus diferencias estructurales:

través del tracto gastrointestinal y se

A, B, C y P (Musser y Plattner, 1997).

retiene extensamente sin metabolizar en tejidos como el hígado y los riñones.

La fumonisina más abundante y tóxica es la fumonisina B1 (FB1):

Excreción: la FB1 es eliminado en la bilis a través de una cierta recirculación

Toxicidad: la FB1 es un carcinógeno del

enterohepática mientras ejerce su

Grupo 2B (posiblemente cancerígeno para

toxicidad. La toxina también puede

los humanos) (IARC, 2002). Se ha asociado

terminar en las heces y como trazas

con efectos hepatotóxicos, neurotóxicos,

de contaminantes en la orina.

nefrotóxicos e inmunosupresores en animales y en humanos.

Mecanismo de acción de la fumonisina B1 Los aspectos moleculares de la toxicidad

Ello conduce a la acumulación intracelular

inducida por FB1 no se conocen con exactitud

de bases esfingoides, al aumento de

y se ha deducido que sus mecanismos

los aductos de fosfato y a la reducción

celulares tóxicos posteriores son complejos,

de la concentración de ceramidas, lo

afectando a muchas dianas moleculares.

que resulta en efectos inhibidores del crecimiento, citotoxicidad, apoptosis,

1. Los estudios han atribuido la toxicidad inducida por el FB1 a la similitud estructural entre las fumonisinas y las bases esfingoides (esfinganina y esfingosina) de la capa de esfingolípidos de la membrana celular.

La FB1 tiene un grupo amino primario en el C-2 que inhibe competitivamente a

proliferación celular, carcinogenicidad, daños en el ADN (Riley et al., 2001; Voss et al., 2007) , alteración del ciclo celular normal (Ramljak et al., 2000) , alteración de la señalización cAMP y de la proteína quinasa C (Huang et al., 1995) , y estrés oxidativo (Poersch et al., 2014; Abdellatef y Khalil, 2016; Depthi et al., 2017).

la ceramida sintasa, lo que da lugar a la alteración de la biosíntesis de novo de las ceramidas y, por tanto, la desregulación de la formación del complejo esfingolipídico

(Merrill et al., 2001; Riley et al., 2001; Enongene et al., 2002; Riley y Voss, 2006).

4

Esfingolípidos

2. También se ha señalado que la FB1 inhibe otras enzimas intracelulares como las fosfatasas proteicas y la arginosuccinato sintetasa

(Jenkins al., 2000).

2. Inhibición de las enzimas intracelulares

1. Inhibición de la ceramida sintasa FB1

3. Además, Domijan y Abramov

(2011) demostraron que la FB1 inhibe el Complejo I de la cadena transportadora de electrones mitocondrial de transporte en los cultivos celulares de astrocitos primarios de rata y neuroblastoma humano (SH-SY5Y).

Ceramida sintasa Mecanismos de toxicidad celular asociados a FB1

Esto conduce a una reducción de la tasa de respiración mitocondrial y celular, a la despolarización de la membrana mitocondrial, a la sobreproducción de especies reactivas de oxígeno (ROS) en las mitocondrias y a la alteración de la señalización mediada por calcio.

Acumulación de bases esfingoides

3. Inhibición del Complejo I de la cadena transportadora de electrones mitocondrial

Aumento de aductos de fosfato Reducción de la concentración de ceramidas

Reducción de la respiración mitocondrial y celular Despolarización de la membrana mitocondrial Exceso de ROS Alteración de la señalización mediada por calcio

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Efectos tóxicos de la fumonisina B1 La intoxicación por fumonisina B1 es evidente en diferentes animales domésticos y de laboratorio, habiéndose descrito también diferencias en la sensibilidad y los síntomas clínicos (Figura 3).

Pienso contaminado

Afectación del valor alimentario y a las características organolépticas Reducción del valor nutricional del pienso

FB1

Reducción del rendimiento y productividad animal Inmunosupresión Neurotoxicidad Hepatotoxicidad Nefrotoxicidad Carcinogenicidad

Figura 3. Efectos tóxicos de la FB1 en aves de corral y ganado.

El primer síndrome atribuido a la fumonisina B1 fue la LEME, leucoencefalomalacia equina, en la década de los 80, caracterizada por lesiones necróticas letales en el cerebro de los caballos (Marasas et al., 1988).

La fumonisina B1 indujo disfunción cardiovascular en caballos con disminución de la frecuencia cardíaca, menor gasto cardíaco y contractibilidad del ventrículo derecho, lo que podría estar implicado en la patogénesis de las lesiones del sistema nervioso central (Smith et al., 2002).

La toxicosis por FB1 en cerdos se definió por la presentación de síntomas pulmonares, cardiovasculares y hepáticos. Los animales afectados se volvían anoréxicos, mostrando signos de encefalopatía, pérdida de peso corporal e hiperplasia nodular hepática.

Los síntomas en los cerdos se han denominado Edema Pulmonar Porcino (EPP) y “enfermedad porcina misteriosa” (Hollinger y Ekperigin, 1999).

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Durante mucho tiempo, se ha considerado que las aves de corral son menos susceptibles a las fumonisinas, probablemente debido a la falta de fuertes síntomas clínicos incluso con altos niveles de exposición.

Las características clínicas de la enfermedad incluyen diarrea, pérdida de peso, aumento del peso del hígado y mal rendimiento.

Estudios recientes se han centrado en los efectos subclínicos de las fumonisinas y revelan que el tracto intestinal de las aves es muy sensible a la exposición a las fumonisinas.

Dombrink-Kurtzman et al., (1992, 1993) demostraron que las FB1 y FB2 producen efectos citotóxicos en los linfocitos del pavo, y modifican morfológicamente los macrófagos peritoneales, disminuyendo su viabilidad y potencial fagocitario.

Se ha demostrado que la exposición crónica a fumonisinas en aves de corral tiene efectos adversos en el sistema inmunitario, aumentando su susceptibilidad a los patógenos y disminuyendo su respuesta vacunal (Voss et al., 2007).

Además, la ingestión de fumonisinas afecta a la expresión de proteínas relacionadas con las respuestas pro- y antiinflamatorias en el tracto intestinal de los broilers (Grenier y Applegate., 2013).

Las ratas y ratones se han utilizado ampliamente durante décadas como organismo modelo para estudiar la micotoxicosis humana, especialmente en lo que respecta al potencial cancerígeno de las micotoxinas.

Pozzi et al., (2000) observaron apoptosis en células hepáticas, estudiando los efectos de la administración oral prolongada de fumonisina B1 y aflatoxina B1 en ratas.

Theumer et al., (2002) detectaron alteraciones inmunobiológicas producidas por la ingestión de FB1 en un modelo de micotoxicosis subcrónica experimental en ratas.

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Se sabe que el ganado vacuno, las ovejas y las cabras son menos sensibles a las fumonisinas. Sin embargo, se puede observar un impacto negativo en la producción de leche/lana, la reproducción y el crecimiento, cuando los animales están expuestos a FB1 durante períodos de tiempo más largos.

Un estudio in vitro realizado por Bernabucci et al. (2011) mostró un aumento de la producción de malondialdehido (MDA) en las células mononucleares de sangre periférica de bovinos tratados con 35 y 70 µg/mL de FB1.

Un estudio de Goel et al. (1994) mostró un aumento de las proporciones de Sa:So en suero, hígado, riñón y músculo de bagres alimentados con ≥10 mg FB1/kg de alimento tras 12 semanas de tratamiento.

Orsi et al. (2009) y Gbore et al. (2010) informaron de un aumento de enzimas séricas, urea y creatinina en conejos a los que se administraron dosis orales de FB1.

Se han descrito la incidencia epidemiológica de cáncer de esófago en seres humanos debido al consumo de alimentos contaminados con fumonisinas en diversas partes del mundo, como Sudáfrica, América Central, Asia (Rheeder et al., 1992; Chelule et al., 2001; Marasas et al.,

2004) y en la población negra de Charleston (Carolina del Sur) (Sydenham et al., 1991).

También se documentaron observaciones similares en China (Yoshizawa et al., 1994; Abnet

et al., 2001), Italia (Franceschi et al., 1990) y Brasil (Van der Westhuizen et al., 2003).

También se informó de un brote de una enfermedad relacionada con la FB1 debido al consumo de sorgo y maíz contaminados con altos niveles de fumonisinas en la India, caracterizado por la aparición aguda de dolor abdominal y diarrea (Bhat y Krishnamachari, 1977).

El consumo de maíz contaminado con FB1 también se ha asociado con defectos del tubo neural (debido a la reducción de la absorción de ácido fólico a través del receptor de folato) en los lactantes humanos de la población rural de Sudáfrica y China septentrional (Marasas et al., 2004).

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Factores de estrés ambiental relacionados con la aparición de micotoxinas La dificultad crítica para evaluar el riesgo de diferentes micotoxinas para la salud animal y humana estriba en los múltiples factores que afectan a la colonización fúngica y la producción de micotoxinas en los alimentos o los piensos.

Las condiciones ambientales (factores físicos) suelen propiciar el rápido deterioro de los alimentos por los hongos y la producción de micotoxinas nocivas, lo que da lugar a una importante disminución de la calidad de los alimentos.

Las condiciones óptimas para el crecimiento de hongos no son necesariamente las óptimas para la producción de toxinas

Los factores abióticos o las condiciones de estrés determinan el alcance de la colonización fúngica y la biosíntesis de las micotoxinas en los cultivos, los alimentos y los piensos. Entre ellos se incluyen: Humedad relativa

En condiciones naturales, la combinación de dos o más factores como la sequía y la salinidad,

Fluctuaciones de temperatura

la humedad relativa y la temperatura, el calor

(calor, frío, enfriamiento, congelación)

y la salinidad, la temperatura extrema y la alta intensidad luminosa, etc., puede tener

Salinidad Sequía Nutrientes Intensidad luminosa

repercusiones en la proliferación fúngica.

Estos factores ambientales influyen en el crecimiento de los hongos, el metabolismo y la biosíntesis de las micotoxinas, y son esenciales para comprender el proceso general y evitar la producción de micotoxinas y el

Ozono

deterioro de los alimentos o los piensos.

pH Estrés anaeróbico

(Wang et al., 2003; Mitchell et al., 2004; Agarwal y Grover, 2006; Hirel et al., 2007; Cavanagh et al., 2008; Munns y Tester, 2008; Chinnusamy y Zhu, 2009; Marin et al., 2010b; Mittler y Blumwald, 2010; Faneli et al., 2012)

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Gestión de la contaminación por fumonisinas Los efectos negativos del consumo

Sin embargo, aún persiste una

La eliminación segura de las

de alimentos o piensos contaminados

gran brecha a nivel mundial

fumonisinas de los piensos es

con micotoxinas han recibido mucha

en lo que respecta a la

fundamental, ya que el sector

atención en el ámbito público y

aplicación de estas prácticas.

avícola y ganadero experimenta

científico en los últimos años.

Esto ha generado un interés hasta ahora sin precedentes hacia el desarrollo de nuevos procedimientos de detoxificación.

Las Buenas Prácticas Agrícolas (BPA) y las Buenas Prácticas de Fabricación (BPF) son métodos viables para reducir al mínimo la aparición de micotoxinas en las condiciones de los campos.

las consecuencias de problemas de Además, la contaminación

salud y grandes pérdidas económicas

por micotoxinas puede

asociadas a las fumonisinas.

prevenirse parcialmente mediante la adaptación de metodologías adecuadas de procesamiento e instalaciones de almacenamiento de cereales, granos, alimentos y piensos.

Sin embargo, la detoxificación de la toxinas no puede lograrse plenamente, ya que su producción está modulada por factores ambientales.

10

Se ha demostrado que la mayoría de las estrategias físicas y químicas seguidas para reducir la contaminación por micotoxinas son bastante ineficaces o difíciles de implementar en el proceso de producción (Pearson et al., 2004). Además, la resistencia fúngica a los tratamientos químicos se

Por lo tanto, un

ha generalizado en la actualidad (Davidson, 2001).

método de control biológico sería una

El método de detoxificación más utilizado en la industria

alternativa eficiente

avícola y ganadera es el uso de adsorbentes de

para el manejo de las

micotoxinas (agentes secuestrantes) en los piensos, pero

fumonisinas (Figura 4).

suelen ser adsorbentes de aflatoxinas y tienen mucha menos afinidad por las fumonisinas u otras micotoxinas.

Buenas Prácticas Agrícolas (BPA) Producción de cultivos resistentes a enfermedades Tratamientos frente a insectos y hongos

DURANTE LA COSECHA

Producción de variedades de cultivos adaptadas a regiones geográficas y condiciones climáticas

Higiene adecuada Maduración del cultivo (producción)

PRE-COSECHA

Condiciones climáticas Humedad

POST COSECHA PROCESAMIENTO Y TRANSFORMACIÓN Enfoques físicos: extracción de disolventes, inactivación térmica, fotoquímica, irradiación, adsorbentes de toxinas Enfoques químicos: agentes acidificantes, alcalís, aldehídos, agentes oxidantes, agentes reductores Enfoques biológicos: extractos de plantas, antioxidantes, aceites esenciales, degradación enzimática por especies microbianos, bacterias probióticas ácido lácticas

ALMACENAMIENTO Higiene adecuada Clasificación

Figura 4. Estrategias de manejo de micotoxinas en las industrias avícola y ganadera.

Secado Descascarillado Evaluación

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Se ha demostrado que muchas

Entre los agentes de biocontrol,

Los posibles mecanismos

especies bacterianas y

las bacterias probióticas

involucrados en la efectividad

fúngicas como Flavobacterium

ácido-lácticas (BAL) representan

antimicótica de las BAL incluyen:

aurantiacum, Corynebacterium rubrum, Candida lipolitica, Aspergillus niger, Trichoderma viride, Armillariella tabescens, especies de Nuerospora, especies de Rhizopus, especies de Mucor, etc., degradan enzimáticamente las micotoxinas (Bata y Lasztity, 1999; Ciegler et al., 1966).

una aplicación potente e interesante,

Se han aislado enzimas capaces de degradar las fumonisinas de un hongo saprofito filamentoso que crece en el maíz y los

ya que se utilizan ampliamente en los productos alimenticios fermentados y en los piensos para prolongar su vida útil.

Producción de ácidos orgánicos

Además, las bacterias ácido-lácticas son organismos GRAS

“Generalmente Considerados Seguros” (USFDA, 2017) que tienen una gran versatilidad metabólica y capacidad para producir una amplia gama de productos finales metabólicos.

genes correspondientes se

Competencia por nutrientes Producción de compuestos antagonistas

han clonado y transferido en el maíz transgénico

PROPIEDADES ANTIFÚNGICAS DE LAS BAL

(Blackwell et al., 1999).

1. Aislamiento de enzimas degradadoras de FB1

Hongo filamentoso saprofito 2. ADN clonado 3. Transferencia a maíz transgenico

12

La inhibición de la producción de micotoxinas por parte de las BAL se debe a la competencia microbiana, el agotamiento de los nutrientes, el bajo pH y la producción de metabolitos secundarios de bajo peso molecular estables al calor (Batish et al., 1997;

La mayoría de los estudios sobre micotoxinas están

Gourama y Bullerman, 1997; Laitila et al., 2002).

orientados a las aflatoxinas, prestándose menos atención

El mecanismo por el cual las BAL detoxifican las micotoxinas aún está por dilucidar. Sin embargo, varios informes sugieren la naturaleza adsorbente de las BAL a las micotoxinas.

Los lactobacilos también producen metabolitos

a la contaminación por fumonisina B1 en los alimentos/ piensos y su toxicidad en los seres humanos/animales.

Tener una clara comprensión de la interferencia de las fumonisinas en los organismos vivos, seguida del desarrollo de trastornos crónicos, es de inmenso valor.

antimicóticos como ácidos orgánicos, peróxido de hidrógeno, compuestos proteínicos, ácidos

Además, la exploración de las BAL probióticas como

grasos hidroxílicos y compuestos fenólicos, lo que

potentes agentes antimicóticos y como herramienta

ofrece valiosas oportunidades para la conservación

para la biodegradación de las fumonisinas, protegerá

de los alimentos, así como para la elaboración

a los alimentos/piensos de la infestación de hongos.

de suplementos alimentarios o para la medicina veterinaria (Magnusson et al., 2003; Kecerova et

Estas especies probióticas también actúan

al., 2004; Gerez et al., 2009; Bilkova et al., 2011; Cortés-Zavaleta et al., 2014; Deepthi et al., 2016).

como bioconservantes de alimentos/piensos

Sustancias similares a las bacteriocinas y otros

y también tienen efectos aditivos en la salud, el rendimiento y la producción.

compuestos de peso molecular bajo y medio

Posteriormente, esto conduce a un aumento de la

producidos por el Lactobacillus también han

producción de alimentos/piensos, así como a una

demostrado tener propiedades antimicóticas (Rouse et

mejora de la calidad de los alimentos/piensos y de las

al., 2008; Kos et al., 2011; Al Kassaa et al., 2014).

condiciones comerciales/económicas de los países.

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