Dr. Serkan Yilmaz – Explorando la genotoxicidad, mutagenicidad y carcinogenicidad de las micotoxinas

DR. SERKAN YILMAZ Explorando la genotoxicidad, mutagenicidad y carcinogenicidad asociada a las micotoxinas Dr. Serkan Yilmaz Profesor Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad de Ankara, Turquía

El Dr. Serkan Yilmaz es actualmente profesor de la Universidad de Ankara y sus estudios se centran en las propiedades genotóxicas y carcinogénicas de las micotoxinas, los contaminantes ambientales y los aditivos alimentarios. Con más de 30 publicaciones en revistas científicas, actualmente es miembro del consejo editorial de muchas revistas reconocidas internacionalmente y ha participado en muchas conferencias nacionales e internacionales.

1

LAS MICOTOXINAS SON CONOCIDAS POR TENER UN AMPLIO Y COMPLEJO ESPECTRO DE EFECTOS Y GENERALMENTE SE CLASIFICAN EN FUNCIÓN DE LOS TEJIDOS U ÓRGANOS AFECTADOS. ¿ES ESTA CLASIFICACIÓN SUFICIENTE PARA ABORDAR LA COMPLEJIDAD DE LOS EFECTOS QUE ESTAS TOXINAS PUEDEN TENER EN UN ORGANISMO, ESPECIALMENTE TENIENDO EN CUENTA QUE ES FRECUENTE ESTAR EXPUESTO A VARIAS MICOTOXINAS A LA VEZ Y QUE SUS INTERACCIONES PUEDEN MODIFICAR EL RESULTADO FINAL?

Las micotoxinas pueden afectar negativamente a los tejidos y órganos humanos y animales, pudiendo provocar hepatotoxicidad, hepatocarcinogenicidad, nefrotoxicidad, susceptibilidad a las enfermedades, crecimiento lento, deterioro de las funciones reproductivas y desarrollo de cáncer.

Además, las micotoxinas actúan como potentes agentes inmunosupresores, afectando negativamente a las células inmunitarias.

La severidad de los daños ocasionados por las micotoxinas en el organismo puede variar en función de factores como la carencia de vitaminas, la privación de energía y el estatus sanitario.

Como se desprende de estas explicaciones, no es adecuado clasificar las micotoxinas únicamente según el tipo de órgano afectado, ya que muchas micotoxinas pueden causar toxicidad sistémica.

Por ejemplo, las Ocratoxinas se han asociado a cáncer de estómago, esofágico y testicular, además de provocar nefrotoxicidad, neurotoxicidad, inmunotoxicidad, mielotoxicidad, toxicidad reproductiva y teratogenicidad.

También está claro que los efectos combinados de las micotoxinas serán mucho más tóxicos, ya que los animales y los humanos están expuestos a las micotoxinas a través de la cadena alimentaria y muchas micotoxinas pueden encontrarse en el mismo alimento.

ENTRE LOS EFECTOS NEGATIVOS QUE SE HAN ASOCIADO A LA EXPOSICIÓN A MICOTOXINAS, SE HAN DOCUMENTADO AMPLIAMENTE LA GENOTOXICIDAD, LA MUTAGENICIDAD Y LA CARCINOGENICIDAD. ¿PODRÍA EXPLICAR BREVEMENTE EN QUÉ CONSISTE CADA UNO DE ESTOS CONCEPTOS?

La “Genotoxicidad” se refiere a la capacidad de una sustancia para dañar directa o indirectamente al ADN y cromosomas de las células.

Los daños genéticos en las células somáticas pueden conllevar malignidad El término “Mutagenicidad” se refiere a cualquier agente capaz de alterar la estructura genética de una célula. Estos cambios afectan a un solo gen o a cromosomas enteros.

Los agentes genotóxicos no pueden provocar cambios transmisibles de célula a célula o de generación a generación.

La mutagenicidad, sin embargo, se refiere a la producción de alteraciones genéticas transmisibles permanentes.

La “Carcinogenicidad” es el proceso de desarrollo de tumores, lo que significa que un carcinógeno es una sustancia que induce el desarrollo o la progresión del cáncer.

2

GENOTOXICIDAD MUTAGENICIDAD

ADN dañado Célula somática Posible malignidad Cambios no transmisibles

Célula somática o germinal Alteración genética permanente transmisible

ADN alterado

CARCINOGENICIDAD Desarrollo o progresión de cáncer

A

C

B

D

Figura 1. Imágenes microscópicas de linfocitos humanos afectados por micotoxinas.

A. Rotura de cromátidas.

B. Endorreplicación.

C. Micronúcleos.

D. Daño en el ADN inducido por micotoxinas.

3

¿TODAS LAS MICOTOXINAS TIENEN EFECTOS GENOTÓXICOS, MUTAGÉNICOS Y/O CANCERÍGENOS EN EL GANADO O EN EL SER HUMANO? ¿CUÁLES SON LAS PRINCIPALES MICOTOXINAS QUE TIENEN ESTOS EFECTOS NEGATIVOS?

Hasta la fecha, se han identificado 400 micotoxinas y las especies productoras de micotoxinas más importantes pertenecen a los géneros Aspergillus, Penicillium, Alternaria y Fusarium.

Entre ellas, las Aflatoxinas, las Ocratoxinas, la Patulina, las Fumonisinas, la Zearalenona, los Tricotecenos y los Alcaloides ergóticos son fuertes agentes genotóxicos, mutagénicos y carcinogénicos.

¿CÓMO SE ESTABLECE EL NIVEL DE CARCINOGENICIDAD, MUTAGENICIDAD Y/O GENOTOXICIDAD DE CADA MICOTOXINA?

No siempre es fácil determinar el nivel de carcinogenicidad, mutagenicidad y/o genotoxicidad de las micotoxinas.

Muchas de estas sustancias se analizan primero en cultivos celulares en un laboratorio y, posteriormente, se realizan estudios en animales con altas exposiciones. Además, se utilizan estudios retrospectivos sobre la exposición humana para analizar las sustancias y evaluar su capacidad de causar cáncer.

Hay varios sistemas que definen una sustancia como carcinógena.

EN GENERAL, ¿CUÁLES SON LOS MECANISMOS CELULARES Y MOLECULARES IMPLICADOS EN LOS EFECTOS GENOTÓXICOS, MUTAGÉNICOS Y CANCERÍGENOS DE LAS MICOTOXINAS?

1. Clasificación de la IARC Grupo 1: el agente (la mezcla) es definitivamente cancerígeno para el ser humano.

Los mecanismos moleculares que subyacen a los efectos genotóxicos, mutagénicos y carcinogénicos de las micotoxinas varían de una micotoxina a otra.

Grupo 2A: el agente (la mezcla) es probablemente (producto más probable) cancerígeno para el ser humano.

En general, los principales mecanismos asociados a estos efectos son:

Grupo 2B: el agente (mezcla) es posiblemente (posibilidad de que el producto sea) cancerígeno para los seres humanos.

Inhibición de enzimas cruciales como la fenilalanina-ARNt sintetasa Formación de especies reactivas de oxígeno Daño de la membrana celular por aumento de la peroxidación lipídica Inhibición de la síntesis de proteínas, la respiración mitocondrial y la formación de ATP

Grupo 3: el agente (mezcla o circunstancia de exposición) no es clasificable en cuanto a su carcinogenicidad para el ser humano.

Grupo 4: el agente (la mezcla) probablemente no es cancerígeno para el ser humano.

Alteración de la homeostasis del calcio Neutralización del glutatión, induciendo la peroxidación lipídica Interrupción de la síntesis de ADN y ARN

4

2. Clasificación CLP Carcinógeno de categoría 1A (Carc1A): sustancia que se sabe que tiene potencial carcinógeno para los seres humanos, la clasificación se basa en gran medida en la evidencia humana.

Categoría 1B (Carc1B): sustancia que se supone que tiene potencial carcinógeno para los seres humanos, la clasificación se basa en gran medida en las pruebas en animales Mutágeno de categoría 1A (Muta1A): sustancia conocida por inducir mutaciones genéticas hereditarias o que se considera que induce mutaciones hereditarias en las células germinales de los seres humanos. La clasificación se basa en pruebas positivas de estudios epidemiológicos en humanos.

Grupo A5: No se sospecha que sea un carcinógeno humano 5. Clasificación de la Unión Europea Categoría 1A: Carcinogénico Categoría 1B: Puede causar cáncer Categoría 2: Se sospecha que causa cáncer

Entre ellas, la clasificación de la IARC es la más utilizada por la comunidad científica.

Mutágeno de categoría 1B (Muta1B): sustancia conocida por inducir mutaciones genéticas hereditarias o que se considera que induce mutaciones hereditarias en las células germinales de los seres humanos. La clasificación se basa en los resultados positivos de las pruebas de mutagenicidad en células de seres humanos.

3. Clasificación del NTP Se sabe que es un carcinógeno humano Se prevé razonablemente que sea un carcinógeno humano 4. Clasificación de la Asociación Americana de Higienistas Industriales (ACGIH) Grupo A1: Carcinógeno humano confirmado Grupo A2: Carcinógeno humano sospechoso Grupo A3: Carcinógeno animal confirmado con relevancia desconocida para los humanos Grupo A4: No clasificable como carcinógeno humano

5

¿ES POSIBLE DETECTAR LOS POSIBLES EFECTOS CANCERÍGENOS, MUTAGÉNICOS Y/O GENOTÓXICOS ANTES DE QUE SE PRODUZCAN EN EL ORGANISMO?

Anomalías cromosómicas Formación de micronúcleos Intercambio de cromátidas hermanas Síntesis no programada de ADN

Sí. Tras el aislamiento de las micotoxinas, una serie de pruebas in vitro e in vivo con diferentes tipos de células puede detectar la carcinogenicidad, genotoxicidad y/o mutagenicidad potenciales en animales y en líneas celulares humanas cultivadas.

Sin embargo, para clasificar una micotoxina como cierto carcinógeno humano se necesitan grandes estudios de cohortes retrospectivas en humanos.

EN UN ESTUDIO RECIENTE REALIZADO POR SU GRUPO DE INVESTIGACIÓN, EVALUARON LOS EFECTOS GENOTÓXICOS DE LAS PRINCIPALES MICOTOXINAS QUE SUPONEN UN RIESGO PARA LA SALUD HUMANA Y ANIMAL. ¿PODRÍA EXPLICAR BREVEMENTE SUS CONCLUSIONES SOBRE LA GENOTOXICIDAD Y LOS MECANISMOS CELULARES/MOLECULARES IMPLICADOS EN LA EXPOSICIÓN A LA AFLATOXINA B1, LA OCRATOXINA, LA PATULINA, LA FUMONISINA B, LA ZEARALENONA, LOS TRICOTECENOS Y LOS ALCALOIDES ERGÓTICOS?

Aflatoxina B1 (AFB1) Las Aflatoxinas, producidas principalmente por Aspergillus flavus y Aspergillus parasiticus, son metabolitos secundarios hipertóxicos y se encuentran generalmente en los cereales, la leche, los frutos secos y las semillas oleaginosas.

Roturas de la cadena de ADN

La AFB1 se define como carcinógeno del grupo 1 según la clasificación de la IARC.

El órgano diana más importante de la AFB1 es el hígado, donde la toxina es metabolizada principalmente por CYP1A2 y CYP3A4.

Esta micotoxina provoca numerosas mutaciones, especialmente en el gen supresor de tumores p53. Además, la AFB1, metabolizada a través de la prostaglandina H sintasa, provocando estrés oxidativo.

AFLATOXINA B1

Alteraciones cromosómicas Mutaciones Estrés oxidativo

La AFB1 es un agente clastogénico (agente mutagénico que induce la alteración o rotura de los cromosomas) y participa en el ciclo extrahepático, dando lugar a:

6

Ocratoxina A (OTA)

Patulina (PAT)

Las Ocratoxinas son producidas por los hongos Penicillium y Aspergillus y se encuentran generalmente en productos como los cereales, el café, el cacao, las especias, la cerveza, el vino, los frutos secos y los piensos, existiendo más de 10 derivados.

La Patulina, aislada por primera vez a partir del Penicillium griseofulvum, es una micotoxina producida principalmente por Aspergillus y Penicillium y se encuentra en frutas como las uvas, las peras y los melocotones, y especialmente en las manzanas.

Si bien la exposición a la OTA se ha asociado a una serie de enfermedades que afectan al riñón, tanto en animales como en humanos, también se ha informado de su relación con el cáncer de estómago, de esófago y de testículos.

La OTA es estructuralmente similar a la fenilalanina y, por tanto, inhibe muchas enzimas que utilizan la fenilalanina como sustrato, como la fenilalanina-ARNt sintetasa.

Además, contribuye a la formación de especies reactivas de oxígeno inhibiendo la activación de la proteína-1, la activación de Nrf2, la glutatión-S-transferasa y las enzimas citoprotectoras, dañando también la membrana celular al aumentar la peroxidación lipídica.

OCRATOXINA

La patulina es muy tóxica para el hígado, los riñones, el tracto gastrointestinal y el sistema inmunitario.

Además, en muchos estudios basados en células y animales, se ha informado de que la PAT es un factor de riesgo de genotoxicidad, embriotoxicidad, citotoxicidad, neurotoxicidad, inmunotoxicidad, carcinogenicidad y teratogenicidad.

La patulina puede reaccionar con aminoácidos como la cisteína, la lisina y la histidina, y hacer adiciones covalentes con sustancias químicas electofílicas. Estas propiedades causan la toxicidad de la PAT. Además de estos mecanismos de toxicidad, activa al factor de transcripción Rpn4, causando una sobreexpresión del gen Rpn4 que conduce a la descomposición de las proteínas y a proteotoxicidad.

Daño renal Cáncer de estómago, esófago y testículo Estrés oxidativo Peroxidación lipídica

PATULINA Toxicidad Genotoxicidad Embriotoxicidad Citotoxicidad Neurotoxicidad Inmunotoxicidad Carcinogenicidad Teratogenicidad Proteotoxicidad

7

Fumonisina B (FB)

Zearalenona (ZEN)

Las fumonisinas (Fumonisina B1 (FB1), Fumonisina B2 (FB2) y Fumonisina B3 (FB3)) son metabolitos secundarios cancerígenos y genotóxicos que se encuentran en los alimentos a base de maíz en todo el mundo y son producidos por Fusarium verticillioides y F. proliferatum.

La Zearalenona, una lactona ácida resorciclica macrocíclica, es una micotoxina estrogénica no esteroidea producida por Fusarium.

Entre estas especies, la más conocida y tóxica es la FB1 que fue aislada a partir de F. verticillioides.

Se ha encontrado una fuerte correlación positiva entre las fumonisinas y los tumores de esófago, el cáncer de hígado y los defectos del tubo neural.

La FB1 está considerada por la IARC como un posible carcinógeno humano del Grupo 2B, y muestra una actividad genotóxica a través del estrés oxidativo, daños en el ADN, interrupción del ciclo celular, apoptosis, inhibición de la respiración mitocondrial y alteración de la homeostasis del calcio.

FUMONISINA B Cáncer de hígado y esofágico Defectos del tubo neural Genotoxicidad

La Zearalenona se encuentra en la cebada, el arroz, el maíz y otros cereales en casi todos los continentes y también puede clasificarse como xenoestrógeno debido a su similitud química con el estrógeno.

La Zearalenona puede causar numerosas enfermedades del sistema reproductivo, como el cáncer de próstata, de ovarios, de cuello de útero o de mama.

También se ha demostrado que provoca daños fagolisosomales en los riñones.

La actividad mutagénica del ZEN, del que también se afirma que causa efectos genotóxicos al provocar micronúcleos y aberraciones cromosómicas, roturas de la cadena de ADN y adicciones al ADN, sigue siendo objeto de debate.

Se ha informado de que la ZEN, catalogada como carcinógeno del Grupo 3 por la IARC, induce tumores de mama espontáneos, hepatocarcinoma y cáncer de esófago, y aumenta la proliferación celular en las células de cáncer de mama MCF-7 y en las células de neuroblastoma SK-N-SH.

ZEARALENONA Cáncer prostático, ovárico, cervical y mamario Daño renal

8

H

Tricotecenos Los tricotecenos se encuentran generalmente en la cebada, el trigo, el centeno, el maíz y la avena.

O

O OH

HO

O HO

Los signos clínicos de la exposición a los tricotecenos son la emesis, la pérdida de peso, la inmunomodulación, la coagulopatía, las hemorragias y la necrosis celular de los tejidos mitóticamente activos (mucosa intestinal, piel, médula ósea, ovario, testículo, bazo).

Se cree que la actividad genotóxica de los tricotecenos se debe a la neutralización del glutatión, la peroxidación de los lípidos y la alteración de la síntesis del ADN y el ARN.

TRICOTECENOS Trastornos digestivos Coagulopatía Inmunotoxicidad Genotoxicidad

Alcaloides ergóticos

Claviceps purpurea puede sintetizar aproximadamente 40 Alcaloides ergóticos con diversas estructuras químicas y éstos pueden convertirse en ácido lisérgico, que es tóxico para los seres humanos y los animales.

Los alcaloides ergóticos pueden ser agonistas o antagonistas de los neurotransmisores noradrenalina, dopamina y serotonina porque los compuestos derivados del ácido D-lisérgico son estructuralmente similares a estos neurotransmisores.

Estas toxinas se encuentran sobre todo en productos de cereales como el centeno, el trigo, la cebada, el maíz, el triticale, la avena, el mijo y el sorgo.

La intoxicación por cornezuelo puede provocar problemas fisiológicos como vasoconstricción/ vasodilatación, diarrea, gangrena, aborto, hemorragias internas, contracciones musculares incontroladas, así como alteraciones psicológicas (alucinaciones). Otra característica de estos alcaloides son sus efectos citotóxicos.

ALCALOIDES ERGÓTICOS Alteraciones vasculares Coagulopatías Alteraciones del Sistema Nervioso Citotoxicidad

9

EN SU OPINIÓN, ¿SON LAS MEDIDAS ACTUALES APLICADAS PARA CONTROLAR LA CONTAMINACIÓN DE LOS ALIMENTOS/ PIENSOS CON ESTAS MICOTOXINAS SUFICIENTES PARA EVITAR LA EXPOSICIÓN CRÓNICA EN PEQUEÑAS CANTIDADES QUE A MENUDO PUEDE PROVOCAR SUS EFECTOS GENOTÓXICOS, MUTAGÉNICOS Y CANCERÍGENOS? ¿QUÉ PODEMOS HACER PARA PROTEGER MEJOR A NUESTRO GANADO Y A NOSOTROS MISMOS DE LOS EFECTOS DE LAS MICOTOXINAS?

Las micotoxinas se encuentran en muchos productos alimenticios, como los cereales, los frutos secos y las especias, y la mayoría de ellas son químicamente estables y no se ven afectadas por los procesos de producción de alimentos.

Aproximadamente 25 de las 400 especies de micotoxinas pertenecientes a diferentes clases de compuestos químicos están controladas en los alimentos debido a su ocurrencia.

Para el análisis de micotoxinas se utilizan técnicas como HPLC, LC-MS/MS, ELISA y LFD (Dispositivos de Flujo Lateral). Aunque estos métodos realizan las determinaciones de micotoxinas en gran medida, también se están desarrollando nuevos métodos.

Las micotoxinas son muy comunes en la naturaleza y son muy estables, lo que significa que es muy difícil controlar su producción y proteger a nuestro ganado y a nosotros mismos de ellas.

Es importante prevenir la formación de toxinas en los productos agrícolas antes de la cosecha y durante el almacenamiento, ya que es muy difícil eliminarlas después de la contaminación.

Para prevenir la toxicidad inducida por las micotoxinas: La actividad de agua debe disminuirse de acuerdo con los métodos de conservación aplicados a los alimentos y a los piensos.

Debe prohibirse el consumo de alimentos y piensos que superen los límites legalmente aceptados.

La temperatura de almacenamiento debe ajustarse a los grados adecuados No se debe dar a los animales alimentos enmohecidos.

Las micotoxinas presentes en los alimentos y los piensos deben degradarse o adsorberse mediante métodos físico-químicos-biológicos.

Debe realizarse un cribado de micotoxinas en las materias primas y en los piensos concentrados que se dan a los animales.

ES CADA VEZ MÁS EVIDENTE QUE EN EL FUTURO NOS ENFRENTAREMOS A NUEVAS MICOTOXINAS O, AL MENOS, A CAMBIOS EN LA FRECUENCIA DE APARICIÓN DE CIERTAS MICOTOXINAS EN REGIONES ESPECÍFICAS. A TRAVÉS DE SUS INVESTIGACIONES, ¿HA DETECTADO INDICIOS DE ESTAS VARIACIONES? ¿QUÉ CREE QUE PODEMOS ESPERAR EN EL FUTURO?

Por supuesto, en el futuro podemos encontrarnos con muchas micotoxinas diferentes, quizás más tóxicas que las existentes.

Para minimizar estas situaciones, evitar pérdidas económicas y/o proteger la salud humana y animal, se debe prestar atención a los métodos de protección mencionados anteriormente.

Además, la aplicación de una estrategia nutricional antioxidante puede ayudar a garantizar la reducción de los efectos secundarios, no sólo de los daños inducidos por las micotoxinas, sino también de otras exposiciones.

10

¿CUÁL SERÍA SU MENSAJE PARA NUESTROS LECTORES EN RELACIÓN CON LA GENOTOXICIDAD, CARCINOGENICIDAD Y MUTAGENICIDAD ASOCIADAS A LAS MICOTOXINAS?

En primer lugar, tanto los profesionales como los consumidores deben prestar atención a las normas de protección mencionadas anteriormente.

A pesar de ello, dado que no podemos prevenir completamente la exposición, es importante prestar atención a la dieta, por ejemplo, con la adición de antioxidantes.

No hay que olvidar que especialmente las verduras Brassica deben consumirse en abundancia y acompañarse de ingredientes ricos en vitamina D que reforzarán el sistema inmunitario. Los suplementos de cúrcuma y ácido alfa lipoico serán de gran ayuda para prevenir los daños que pueden causar las micotoxinas.

11