Вступ

Мікотоксини – це різноманітні за хімічною природою сполуки (вторинні метаболіти), які продукують відповідні види мікроскопічних грибів (плісеневих). На теперішній час виділено й описано майже 30 000 видів плісеневих грибів, понад 200 з них здатні до токсиноутворення, ідентифікованих мікотоксинів на сьогодні більше ста. Плісеневі гриби–продуценти токсичних метаболітів вегетують на різних рослинних продуктах. Харчові продукти, в яких містяться біологічно активні мікотоксини, можуть спричиняти гострі й хронічні захворювання у людей та тварин – мікотоксикози, частіше аліментарні [1, 7].

На початку 50х років ХХ ст. зазначені види мікотоксикозу у людей не виявляли. Цьому сприяло підвищення культури землеробства, дотримання правил збирання, зберігання та переробки зернових культур.

Якісно новий етап у розвитку мікотоксикології розпочався у 60х роках. Деякими дослідниками доведений факт продукції високотоксичних метаболітів широко розповсюдженими в природі плісеневими грибами Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Alternaria. Виділені з цих грибів мікотоксини виявляли широкий спектр біологічної активності щодо людей і тварин, селективність дії (гепатотоксичність, нефротоксичність, пошкодження кровотворних і репродуктивних органів).

Деякі мікотоксини цих грибів виявляли ембріотоксичність (афлотоксини, охратоксин А, Т2 токсин,зеараленон), тератогенність (пінетрум, рубратоксин, патулін), мутагенність (лютеоскірин, лугурозин), а також канцерогенність (афлатоксин В1, стеригматоцистин, гризеофульвін).

1. Мікроорганізми – продуценти ферментів

Для отримання амілаз широко застосовують цвілеві гриби роду Aspergillus, видів niger, oryzae, usamii, awamori, batatae; роду Rhizopus, видів delemar, tonkinensis, niveus, japonicum і ін., а також окремі представники Neurospora crassa і Mucor.

Цвілеві гриби дуже широко поширені в природі; основне місце їх проживання – грунт. Не дивлячись на наявність багатьох пологів і видів цвілевих грибів всі вони характеризуються ниткоподібною будовою тіла і специфічною будовою органів, що плодоносять. Тіло гриба складається з довгих переплетених ниток сіруватого або білого кольору, званих гифамі.

Гифи розповсюджуються по поверхні живильного субстрата, утворюючи міцелій і частково вростають в нього. Деякі гифи, що піднімаються над поверхнею у вигляді легкого пушку, мають складнішу будову і є органами плодоношення, звані конідієілі спорангиеносцамі.

У мукорових грибів на кінці спорангиеносца знаходиться кулясте здуття, оточене оболонкою, усередині якого утворюються спори. У Aspergillus кінець конідієносца має булавоподібне потовщення, від якого відходять подовжені клітки, звані стерігмамі; від стерігм отшнуровиваются дрібніші круглі клітки – конідії.

Конідії, що відокремилися, або спори, потрапляючи в сприятливі умови, починають проростати, потім гифи гілкуються, утворюючи міцелій; при виснаженні живильних речовин в середовищі гриб переходить в стадію споро- або конідієбразованія. Спори і конідії цвілевих грибів містять пігменти, що і додає зрілим культурам характерне забарвлення.

Aspergillus є типовими аерофілами, тому вони можуть розвиватися тільки на поверхні твердого або рідкого середовища або в рідкій, достатньо аеруємого середовищу. Оптимальна температура для більшості Aspergillus 25-30°С, для. деяких – до 35°С.

Більшість грибів при поверхневому культивуванні можуть переносити короткочасне підвищення температури 40 і навіть 45°С без помітної втрати активності ферментів. Оптимальна вологість середовища для них близько 65%.

Для живлення Aspergillus необхідні вуглеводи, азотисті і мінеральні речовини. Як джерело вуглеводу окрім моносахаридів, багато оліго- і полісахаридів можуть служити спирти і органічні кислоти, проте для накопичення амілази в середовищі обов’язково повинні бути присутніми крохмаль, декстрин або мальтоза.

На середовищах, що містять інші цукру, зокрема глюкозу, гриби амілази не утворюють. Джерелом азоту можуть бути білки і їх гідролізати, аммонійні солі і нітрати.

Середовище повинне містити з’єднання, до складу яких входять сірка, фосфор; калій, магній і мікроелементи. Більшість цвілевих грибів засвоюють сірку з сульфатів, а фосфор – з солей фосфорної кислоти. Аспергилли не потребують готових вітамінів і чинників зростання, оскільки здатні самі синтезувати їх з простіших хімічних сполук, що містяться в середовищі.

Препарати ферментів з цвілевих грибів містять, як правило, широкий набір ферментів, тому у багатьох випадках можуть повністю замінювати зерновий солод.

Гриби Aspergillus широко поширені в природі. Адже зустрічаються на різних субстратах — відмерлих рослинах, на кормах — грубих та зернофуражу, в грунті.

А.fumigatus — типовий представник мікробіоти грунтів, зерна, грубих кормів, продукує більше десятка антибіотиків і токсинів. Життєдіяльність грибів цього виду визначається дією різних ферментів (гідролаз, карбогідрази, протеїназ та пептидаз), каталізують гідроліз, синтез білків, пептидів тощо. З продуктів обміну речовин, як відомо, утворюється спирт та синтез органічних кислот: лимонної, глюконової, ітакової та інших. З органічних сполук гриби А.fumigatus утворюють високоактивні антибактеріальні речовини: клавацін, аспергіллову кислоту, гліотоксин, фумітацин тощо.

Утворення токсинів збігається із процесом утворення спор, а накопичення токсичних речовин відбувається паралельно зі зростанням і розвитком грибів та відбувається за температури 18-25°С, а у деяких штамів і 37°С.

Для зростання цвілі та виробництва ними мікотоксинів найбільш сприятливі наступні умови: вміст вологи в кормі повинен становити понад 11,5%, відносна вологість повітря — 70%, присутність кисню (1-2%), сприятливі температурні умови (температура вище 20°С сприятлива для зростання Aspergillus). Разом з тим, зміна кислотності середовища не робить істотного впливу на життєздатність фрагментів.

За відсутності джерел азоту деякі гриби окислюють глюкозу до глюконової кислоти, що знижує pH (нижче 2,0), і звичайні бактерії вже не можуть розмножуватися, однак самі гриби при подальшому надходженні азоту здатні утилізувати глюконову кислоту.

За допомогою глюкооксидази деякі види Aspergillus і Penicillium окислюють безпосередньо глюкозу до глюконової кислоти, яка виділяється у середовище, при цьому виникає отруйний для усіх організмів перекис водню.

В одного з представників роду Aspergillus відзначений цитохром (аналогічний По-цитохрому рослин), не отруює ціанідом. Гриби роду Aspergillus розкладають целюлозу. Відомий штам Aspergillus oryzae, що виділяє целюлозу і целлобіоза (Ліллі, 1957).

Серед грибів Aspergillus є організми, що розкладають жири, за допомогою ферментів ліпаз, і воску, що входять до складу рослинних і тваринних тканин. Найбільшою активністю ліполітичних ферментів володіють види Aspergillus niger. Грибів роду Aspergillus здатні розкладати як аліфатичні, так і ароматичні вуглеводні.

Зростання аспергіл і деяких інших видів грибів у різних нафтопродуктах характеризується різним типом розміщення міцеліальної плівки: на розділі фаз, проте найчастіше спостерігається ще і глибинне зростання. Причому цікаво, що зростання таких штамів при певному співвідношенні нафтопродуктів і води мало залежить від висоти шарів суміші, а також повітря у надсубстратному просторі. Це свідчить про велику можливість міцеліальних грибів витримувати жорсткі умови і пристосовуватися до споживання необхідних для метаболізму речовин не зовсім звичайними біохімічними і фізіологічними шляхами.

В останні десятиліття у багатьох країнах приділяється велика увага створенню полімерних матеріалів та їх модифікацій, утилізація яких можлива під впливом мікробіоти, що дозволить поліпшити екологічну обстановку. На поверхні плівки, яка містить термопластичний крохмаль, фіксуються сформовані пучки конідієносців Aspergillus niger.

Таким чином, мікроскопічні гриби можуть використовувати як джерела вуглецю різноманітні органічні речовини, тим самим будучи важливими деструкторами різних природних матеріалів: целюлози, крохмалю, лігніну, геміцелюлози, жирів, вуглеводнів, а також синтетичних матеріалів, таких як пластики, плівки, упаковки харчових продуктів тощо.

Деякими видами цвілевих грибів (Aspergillus, Fusarium) можуть виділятися сильнодіючі токсини. При ураженні кормів (сіно, солома, зерно і продукти їх переробки) пліснявими грибами в них утворюються і накопичуються так звані мікотоксини. Тому згодовування запліснявілих кормів може викликати отруєння тварин і виділення частини мікотоксинів у молоко.

Найбільше етіологічне значення мають види A. flavus, A. рarasiticus (афлатоксікоз, ціклотіазоновий токсикоз), А. fumigatus (аспергіллотоксикоз), A.ochraceus (охратоксикоз) і А. clavatus (аспергиллоклаватустоксикоз), які продукують різні афлатоксини.

Основні гриби роду Aspergillus продуценти мікотоксинів: Aspergillus flavus — афлатоксин А, В1, В2, G1, G2, Р та інші; A. parasiticus — афлатоксин В1, В2, M1, M2; A.ochraceus — охратоксин А.

До найбільш вивчених мікотоксинів відносяться афлатоксини, що виробляються грибом Aspergillus flavus. Вони виділені в кристалічному вигляді, з’ясовано їх структура та механізм дії (афлатоксини викликають циротичні зміни печінки, володіють нефротоксичними і канцерогенними властивостями).

Аспергільоз (Aspergillosis; пневмомікоз) — захворювання птиці, рідше інших тварин, причиною якого є гриби роду Aspergillus. Це захворювання характеризується ураженням органів дихання і серозних оболонок. Особливо чутливий до захворювання молодняк птиці. Захворювання протікає гостро (іноді навіть дуже гостро), а у дорослої птиці — у легшій формі і хронічно. Цим захворювання може також хворіти і людина.

У птиці причиною захворювання частіше є А. fumigatus, рідше — А. niger. Причинними факторами є антисанітарні умови утримання, скупченість, неповноцінна годівля, часте застосування антибіотиків.

Збудник потрапляє в організм переважно аерогенним шляхом. У місцях локалізації (слизова оболонка гортані, трахеї, бронхів, а також легені та повітроносні мішки) спори гриба проростають і викликають запальну реакцію частіше у вигляді вузликів. Крім того, спори гриба (рідше міцелій) можуть лімфогематогенним шляхом розноситися по всьому організму, осідати й розвиватися у тканинах і органах. В організмі гриби, при сприятливих умовах, посилюють свої патогенні властивості, виділяють протеолітичні ферменти й ендотоксини з гемолітичними і токсичними властивостями.

У діагностиці використовують дані рентгенологічного дослідження, дослідження крові, посівів (на агарі Чапека), серологічних методів (РСК).

Для лікування аспергильозу застосовуються препарати Амфотерицин В, триазолам, Вориконазол, Позаконазол, Ітраконазол, Флуконазол, Анідулафунгін, Мікафунгін, Каспофунгін та їх комбіновані поєднання. Періодична перевірка приміщень може запобігти зараженню.

2. Виробничі способи культивування мікроорганізмів – продуцентів ферментів

Існує два способи культивування мікроорганізмів – продуцентів ферментів: поверхневий і глибинний.

Перший спосіб, вживаний для культивування цвілевих грибів, характеризується розвитком міцелія на поверхні твердого або рідкого субстрата.

На рідкому субстраті утворюється плівка міцелія, що продукує не тільки амілолітічні ферменти, але і органічні кислоти, інактівіруючи їх, тому користуються твердими субстратами з розвиненою поверхнею – пшеничними висівками, дробиною барди, картопляною мезгой і ін.

Максимальна активність ферментів досягається при культивуванні грибів на пшеничних висівках. Дробина барди бідна живильними речовинами, і активність ферментів в культурах грибів, вирощених на ній, в 4-5 разів нижче, ніж на висівках. Зріла культура грибів унаслідок обволікання частинок висівок міцелієм має вид щільної войлокообразної маси.

При поверхневому культивуванні пшеничні висівки повинні бути зволожені і стерилізовані. У стерильних умовах готують посівну культуру, але вирощують гриб в нестерильних умовах в кюветах, що встановлюються в ростильних камерах. Тепло, що виділяється в процесі зростання грибів, віддаляється продуванням через растильну камеру кондиціонованого повітря.

Поверхневий спосіб вирощування цвілевих грибів має ряд переваг. Оскільки під час зростання гриба висівки не перемішуються, сторонні мікроорганізми не розповсюджуються по всій їх масі і викликають лише незначне місцеве інфікування, яке, як правило, не впливає на активність ферментів. Це, проте, не виключає необхідності ретельної стерилізації середовища і устаткування.

Культуру на висівках висушує до змісту волога 10-11%. У такому вигляді вона може зберігатися тривалий час без значної втрати активності. Це дозволяє організувати централізоване постачання спиртних заводів сухою культурою цвілевих грибів, що є однією з переваг поверхневого способу вирощування.

Недолік поверхневого способу – необхідність установки безлічі кювет, роботу з якими важко механізувати. Собівартість культури гриба-продуцента висока, причому в основному із-за витрати великої кількості ручної праці.

Механізація процесу вирощування можлива шляхом створення установок, що безперервно діють, або безкюветних апаратів з вертикальним товстим шаром живильного середовища і інтенсивним продуванням повітря через цей шар.

Глибинну культуру мікроорганізмів вирощують на рідкому живильному середовищі при енергійній аерації в герметично закритих апаратах і в стерильних умовах. Процес повністю механізований. Стерильність глибинної культури мікроорганізму – продуцента ферментів позитивно відбивається на результатах зброджування сусла дріжджами.

Висновки

Продуценти — організми, які продукують органічні речовини із неорганічних сполук. Організми, які здатні до фото- або хемосинтезу.

Вони є автотрофами, тобто організмами, які здатні синтезувати з неорганічної речовини необхідні їм для життя органічні речовини. Це вищі рослини (крім паразитних та сапрофітних), водорості, деякі бактерії (залізобактерії, сіркобактерії) та ін.

До них належать:

• автотрофи (вищі рослини, водорості, деякі бактерії), які синтезують із неорганічних речовин органічні в процесі фотосинтезу;
• хемотрофні організми (мікроорганізми), які синтезують органічну речовину з неорганічної за рахунок енергії окислення аміаку, сірководню і інших речовин.

Отже, для профілактики насамперед рекомендують виключити з раціону уражені або підозрілі корми. Знешкодженню підлягають корми зі слабкою токсичністю. Зерно обробляється розчинами карбонату натрію (кальцинована сода), піросульфіту натрію (калію), вуглеамонійними солями, або його прогрівають за високої температури (135-200°С). Сіно, солому, січку і полову обробляють розчинами гідроксиду кальцію і карбонату натрію. У комбікорми для профілактики мікотоксикозів вводять препарати «Кормотокс», «Мікосорб» та інші.

На жаль, застосування таких хімічних сполук та препаратів може бути економічно витратним, не завжди екологічним (вони накопичуються у калі і посліді, що впливає на екосистему ґрунту). Однак, відповідно до наших досліджень, протягом окремих років для профілактики і лікування аспергильозу і аспергіллотоксикозу птахів з успіхом використовуються екологічно чисті розчини гіпохлориту натрію (NaClO), одержуваного шляхом електрохімічної активації.

Список використаної літератури

1. Билай В.И., Пидопличко Н.М. Токсинобразующие микроскопические грибы. – К., 1970. – 123 с.
2. Коляденко В.Г., Заплавская Е.А., «Ахиллес проект Украины – 99» завершился // Пробл. медицины.– 1999.– №7–8. – С.28–32.
3. Коляденко В.Г., Степаненко В.І. Грибкові ураження шкіри і нігтів, сучасна медикаментозна терапія. Проблеми мікологічної служби в Україні // Галиц. лік. вісн. – 1999.– Т.6, №4. – С.59–60.
4. Методические указания по определению токсичности зерновых культур и продуктов их переработки, пораженных грибами рода фузариум секции Sporotrihiella.– М.: МЗ СССР, 1978. – 24 с.
5. Методические указания по обнаружению, идентификации и количественому определению афлатоксина в пищевых продуктах (пшеница, рис, соя). – М.: МЗ СССР, 1975. – 21 с.
6. Покровский А.А., Кравченко Л.В., Тутельян В.А. Афлатоксины. – М.: ВИНИТИ АН СССР, Токсикология. – 1977. – Т.8. – 107 с.
7. Пономаренко В.А. Микотоксины и их роль в патологи человека и животных: Учебное пособие для врачей. – Л., 1982. – 24 с.