Enzimekkel a mikotoxin ellen

Új, hatékonyabb eljárás

A mikotoxinok különböző gombafajok másodlagos anyagcseretermékei, amelyek gyakran okoznak szennyezést az emberi vagy állati fogyasztásra szánt terményekben. Ezeknek a szennyezett terményeknek a fogyasztásától sokféle, rövid vagy hosszú lefolyású betegség alakulhat ki emberekben és állatokban egyaránt (Eskola et al., 2020).

Ezek az – egyébként kémiailag nagyon változatos – toxikus vegyületek világszerte jelentős gazdasági és élelmezési problémát okoznak, és az elmúlt évtizedekben az egyik legjelentősebb kockázati tényezővé váltak az élelmezésben és takarmányozásban (Bennett et al., 2003).

A globális klímaváltozás hatására egyre nagyobb méreteket ölt a mikotoxin-termelő gombák elszaporodása a haszonnövényeken. Sőt, a mezőgazdasági termékekben a szántóföldön, a betakarítás alatt, a betakarítás után és a tárolás során is megtörténhet a mikotoxinok termelődése, és ezt a folyamatot még ellenőrzött körülmények között is nehéz teljesen megakadályozni (Awuchi, 2021). A kukoricát, árpát, búzát, földimogyorót, borsót, dióféléket, kölest és ezek melléktermékeit szennyező legjelentősebb mikotoxinok közé az aflatoxin B1 (AFB1), a deoxinivalenol (DON), a zearalenon (ZEN) és a fumonizinek tartoznak (Liu et al., 2022). A legtöbb országban szabályozzák a különböző mikotoxinok maximális koncentrációit a takarmányokban és az emberi fogyasztásra szánt terményekben. Ezeknek a szabályozásoknak az értelmében a világon megtermelt, emberi vagy állati fogyasztásra szánt termények nagyjából 25%-a legalább egyféle mikotoxint tartalmaz a megengedett határérték felett, de legalább a 60%-uk tartalmaz valamilyen mikotoxint kimutatható mennyiségben (Eskola et al., 2020).

Fumonizin B1

A fumonizinek családjának – amelyeket elsősorban a Fusarium verticillioides és a Fusarium proliferatum gombafajok termelik – a legtoxikusabb és legjelentősebb tagja a Fumonizin B1 (FB1, 1. ábra), amely a fumonizinszennyeződések 70%-át okozza (Kamle et al., 2019).

Egy 2006 és 2016 között a világ minden tájáról származó, nyers gabonaszemeken végzett átfogó tanulmányban a minták 61%-ában ki tudták mutatni az FB1-et, a legmagasabb mért koncentráció pedig 71121 μg/kg volt (Lee et al., 2017). Egy korábbi becslés szerint az USA-ban az állati takarmányban előforduló FB1 miatti éves pénzügyi kár átlagosan 1–20 millió dollárra tehető, amely akár 30–46 millió dollárra is nőhet azokban az években, amikor a Fusarium fülrothadás járványszerűen elterjed (Wu, 2007).

A fumonizinek különböző betegségeket okoznak az emberben és az állatállományban egyaránt. Emberben a fumonizin fogyasztása számos krónikus betegséggel hozható összefüggésbe, mint például a kitágulásos szívizom-elfajulás vagy a nyelőcsőrák, de várandós nők esetében az FB1-gyel szennyezett gabonák fogyasztása növeli a kockázatát az agyi vagy gerincvelői rendellenességek kialakulásának a magzatban (Missmer et al. 2006). Az FB1 a sertés tüdőödéma elsődleges kiváltó oka, emellett a lovaknál agylágyuláshoz vezethet, valamint általánosságban vese- és májkárosító hatású, és csökkenti a súlygyarapodást (Stoev, 2015). Malacoknál már 5 mg/kg FB1 szennyezés felett takarmány-visszautasítás léphet fel, amely a termelési paraméterek romlásához vezet.

Megoldások az FB1-szennyezettség csökkentésére

A jellemzően magas környezeti koncentráció és a fogyasztásával járó súlyos egészségügyi kockázatok miatt az FB1-szennyezettség kezelése nagy kihívást jelent az élelmiszer- és takarmányiparban. Az FB1-ről ismert, hogy kémiailag nagyon stabil, és csak 150–200 °C feletti hőmérsékleten vagy erősen lúgos körülmények között kezd el lebomlani (Sydenham et al., 1995). A fizikai (mint például a válogatás, mosás, besugárzás vagy adszorbenssel megkötés) vagy a kémiai (lúgos vagy ózonos) kezelések nem elég hatékonyak, csökkentik a takarmány tápértékét, vagy nem alkalmazhatók ipari léptékben (Liu et al., 2022). Ezek elsődleges oka, hogy a fizikai és kémiai kezelések nem képesek szelektíven megkötni vagy elbontani kizárólag a mikotoxinokat, hanem a takarmány más komponenseire is negatív hatással vannak. A takarmányozásban leggyakrabban alkalmazott első generációs mikotoxin-megkötő adszorbensek sem nyújtanak teljes szelekciót és hatékonyságot a mikotoxinok megkötésére. Az FB1 ráadásul jelentősen különbözik a legtöbb mikotoxintól abban a tulajdonságában, hogy jó a vízoldhatósága, így a legtöbb adszorbens nem alkalmas a megkötésére.

Megvizsgáltunk 11 különböző, módosított zeolit és bentonit adszorbenst, amelyeket a forgalmazóik a mikotoxin-probléma kezelésére ajánlanak, hogy egy emésztési modellben milyen mértékben képesek megkötni az FB1-et. A monogasztrikus állatok emésztőrendszerét modellező kísérletben egyik adszorbens sem kötötte meg kimutatható mértékben az FB1-et.

Lehetőségek az adszorbenseken túl

Az eddig említett technikák hatástalanságával szemben az FB1 enzimatikus elbontása ígéretes módszer lehet az FB1-szennyezettség csökkentésére. Az enzimek olyan több millió féle fehérjének a gyűjtőfogalma, amelyek minden élő sejtben megtalálhatók, mindegyik más-más különböző feladat ellátására alkalmas, és ezeket nagy hatékonysággal és specifikussággal végzik. Bizonyos mikroorganizmusok rendelkeznek olyan enzimekkel, amelyek képesek kémiailag lebontani az FB1-et. Az úgynevezett fumonizin-észterázok olyan enzimeket jelentenek, melyek képesek az FB1 molekulát lebontani. A folyamat során két trikarballilsav (TCA) keletkezik, amely egy, a sejtekben is természetesen előforduló molekula, valamint egy aminopentolvegyület (HFB1) is képződik, amely már nem toxikus. Tehát a folyamat során a toxikus FB1 molekulából nagy hatékonysággal és célzottan 3 nem toxikus vegyület keletkezik melléktermékek nélkül (2. ábra).

Az FB1-gyel szennyezett takarmányt ezáltal úgy lehet környezetbarát módon FB1-mentesíteni, hogy közben az enzim nagy specifikusságának köszönhetően a takarmány egyéb beltartalmi értékei változatlanok maradnak. Másik nagy előnye a folyamatnak, hogy az enzim szobahőmérsékleten és normál testhőmérsékleten, valamint széles kémhatástartományon belül is hatékonyan működik, így akár silózás közben, takarmány bekeverés során, vagy akár az állat emésztőrendszerén belül képes lebontani az FB1-et. A fumonizin-észterázok gyakorlati szempontból is fontos tulajdonságai közé tartozik az aktivitásuk, valamint az az FB1-koncentrációtartomány, amelyben a reakció hatékonyan működhet. Mint a legtöbb enzim esetében, a fumonizin-észterázoknál is a reakció sebessége a szubsztrát (jelen esetben ez az FB1) koncentrációjának növekedésével egy bizonyos szintig nő, majd telítődik, és a fölött már állandó. Gyakorlati használhatóság szempontjából az az ideális, ha a szubsztrát (tehát az FB1) koncentrációja a méregtelenítendő mintában közel van ahhoz a koncentrációhoz, ahol telítődik a folyamat, így nagy sebességgel tud lejátszódni a reakció. Ha lényegesen ez alatt vagyunk, a reakció is sokkal lassabban fog végbemenni. Kísérleteinkben megállapítottuk, hogy az általunk vizsgált fumonizin-észterázok nagy hatékonysággal és sebességgel képesek lebontani az FB1-et az FB1 jellemző környezeti koncentrációjában. Így tehát elmondható, hogy a fumonizin-észterázok alkalmasak lehetnek a fumonizinszennyezett termények specifikus, hatékony és környezetbarát méregtelenítésére.

A C1341189 számú projekt a Kulturális és Innovációs Minisztérium Nemzeti Kutatási Fejlesztési és Innovációs Alapból nyújtott támogatásával, a KDP-2021 pályázati program finanszírozásában valósult meg.

Incze Dániel
Dr. Bata Ltd.