Введение

Микотоксин Т2 является трихотеценовым микотоксином. Это природный побочный продукт грибов рода Fusarium, токсичный для человека и животных. Клиническое состояние, вызываемое им, – это алиментарная токсическая алейкия, сопровождающаяся множеством симптомов, поражающих различные органы, такие как кожа, дыхательные пути и желудок. Попадание в организм может произойти при употреблении в пищу зерна, пораженного плесенью. Т2 может абсорбироваться через кожу человека. Хотя при кожном контакте в обычных сельскохозяйственных или жилых условиях значительных системных эффектов ожидать не следует, местные кожные реакции исключать нельзя. Следовательно, следует избегать контакта Т2 с кожей.

История

Пищевая токсичная алейкия (АТА), заболевание, вызываемое трихотеценами, такими как микотоксин Т2, унесла жизни многих тысяч граждан СССР в Оренбургской области в 1940-х годах. Сообщалось, что уровень смертности достигал 10% от общей численности населения в этом регионе. В 1970-х годах была выдвинута гипотеза о том, что причиной этого массового отравления стало употребление в пищу зараженных продуктов. В связи со Второй мировой войной сбор урожая зерновых был задержан, и в России наблюдался дефицит продовольствия. Это привело к потреблению зерна, зараженного плесенью рода Fusarium, которая производит микотоксин T2. В 1981 году государственный секретарь США Александр Хейг и его преемник Джордж П. Шульц обвинили Советский Союз в использовании микотоксина Т2 в качестве химического оружия, известного как "желтый дождь", в Лаосе (1975–81), Кампучии (1979–81) и Афганистане (1979–81), где, как утверждалось, это привело к тысячам жертв. Хотя ряд американских экспертов в области химического оружия заявили, что идентифицировали образцы "желтого дождя" из Лаоса как трихотецены, другие эксперты полагают, что это воздействие было вызвано естественным микотоксином T2, содержащимся в зараженных продуктах питания. Альтернативную теорию разработал биолог из Гарварда Мэтью Меселсон, который предположил, что "желтый дождь", обнаруженный в Юго-Восточной Азии, является экскрементами джунглевых пчел. Последующие исследования показали, что маслянистая жидкость на самом деле представляет собой фекалии джунглевых пчел, наполненные пыльцой. Подобный случай был выявлен и в Китае, где причиной явления также оказались пчелиные экскременты. Несмотря на этот убедительный анализ, Соединенные Штаты не отозвали свои обвинения и заявляют, что вопрос остается не до конца разрешенным. Микотоксин Т2 также считается возможной причиной синдрома войны в Персидском заливе. Американские военнослужащие страдали от симптомов, схожих с микотоксикозом, после взрыва иракской ракеты в американском военном лагере в Саудовской Аравии во время операции "Буря в пустыне" в войне в Персидском заливе в 1991 году. Было установлено, что Ирак проводил исследования трихотеценовых микотоксинов, среди прочих веществ, и, следовательно, обладал возможностями для их производства и применения в химической войне. Тем не менее, большая часть ключевой информации об этих инцидентах остается засекреченной, оставляя эти вопросы нерешенными и по сей день.

Химические свойства

Это соединение обладает тетрациклической сесквитерпеноидной 12,13-эпокситрихотеновой кольцевой системой, что роднит его с трихотеценами. Эти соединения обычно очень стабильны и не разрушаются при хранении/помолке и приготовлении/переработке пищевых продуктов. Они также не подвергаются разложению при высоких температурах. Это соединение содержит эпоксидное кольцо, а также несколько ацетильных и гидроксильных групп в боковых цепях. Эти особенности в основном определяют биологическую активность соединения и обуславливают его высокую токсичность. Микотоксин T 2 способен ингибировать синтез ДНК и РНК как in vivo, так и in vitro, и может индуцировать апоптоз. Однако in vivo соединение быстро метаболизируется в HT 2 микотоксин (основной метаболит).

Механизм действия

Токсичность токсина Т2 обусловлена его 12,13-эпоксидным кольцом. Эпоксиды в целом являются токсичными соединениями; они реагируют с нуклеофилами и затем подвергаются дальнейшим ферментативным реакциям. Реакционная способность эпоксидов может приводить к реакциям с эндогенными соединениями и клеточными компонентами, такими как основания ДНК и белки. Эти реакции могут быть причиной наблюдаемых эффектов и действия микотоксина Т2. Токсическое соединение влияет на метаболизм мембранных фосфолипидов, приводит к увеличению активности печеночных липидных пероксидаз и оказывает ингибирующее действие на синтез ДНК и РНК. Кроме того, оно может связываться с неотъемлемой частью 60S-субъединицы рибосомы – пептидилтрансферазой, тем самым ингибируя синтез белка. Считается, что эти эффекты объясняют, почему токсин Т2 индуцирует апоптоз (клеточную смерть) в различных тканях, таких как иммунная система, ткань желудочно-кишечного тракта, а также ткань плода. В отношении апоптоза было замечено, что уровень проапоптотического фактора Bas (Bcl-2-ассоциированный X-белок) повышается, а уровень Bcl-xl, антиапоптотического фактора, снижается в хондроцитах человека (клетках хряща) при воздействии микотоксина Т2. Кроме того, повышаются уровни Fas, клеточного поверхностного антигена, связанного с апоптозом, и p53, белка, регулирующего клеточный цикл.

Синтез

Микотоксин T 2 вырабатывается естественным путем грибами Fusarium, наиболее важными видами которых являются: F. sporotrichioides, F. langsethiae, F. acuminatum и F. poae. Эти грибы встречаются в таких зернах, как ячмень, пшеница и овес. Производство этого соединения в исследовательских и коммерческих целях обычно осуществляется путем культивирования штаммов грибов, продуцирующих микотоксин T 2, на агарных пластинках. На этих пластинках грибы выглядят порошкообразными и могут давать значительное количество микотоксина T 2. Для выделения соединения обычно используется высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ/HPLC). У видов Fusarium биосинтез микотоксина T 2 часто начинается с триходиена, и многие виды используют общий путь окисления и циклизации. Например, у вида F. sporotrichioides важные этапы окисления начинаются с триходиена и приводят к образованию изотриходиола. Оттуда одиннадцатый атом углерода окисляется с образованием изотрихотриола. Затем окисляется девятый атом углерода, образуя трихотриол, который затем циклизуется в изотриходермол. После этого окисляется пятнадцатый атом углерода, образуя дидекалонектрин, что приводит к окислению четвертого атома углерода и образованию диацетоксисцирпенола. Предпоследним этапом является окисление восьмого атома углерода с образованием неозоланиола, который затем подвергается незначительной модификации для получения токсина T 2.

Поглощение и воздействие

Люди и животные обычно подвергаются воздействию микотоксина Т2 через пищу. Определенные зерновые культуры могут содержать этот токсин, что представляет угрозу для здоровья человека и является экономическим бременем. В отличие от большинства биологических токсинов, микотоксин Т2 способен проникать через неповрежденную кожу. Это вещество может распространяться через пищу, воду, капли, аэрозоли и дым с использованием различных систем распыления. Это делает его потенциальным биологическим оружием, однако для достижения смертельной дозы требуется большое количество вещества. Смертельная доза микотоксина Т2 составляет приблизительно 1 миллиграмм на килограмм массы тела. По оценкам EFSA, средняя суточная экспозиция Т2 в ЕС составляет от 12 до 43 нг/кг массы тела. Этот показатель ниже установленного EFSA временного допустимого уровня (TDI) в 100 нг/кг массы тела для суммарного содержания токсинов HT2 и T2.

Распространение

Микотоксин T2 равномерно распределяется по всему организму, не проявляя предпочтения к какому-либо конкретному органу или участку. У грызунов максимальная концентрация в плазме крови достигается примерно через тридцать минут после воздействия, а в одном исследовании период полувыведения токсина T2 составил менее двадцати минут. В другом исследовании на свиньях было показано, что через четыре часа после внутривенного введения 15–24% токсина распределяется в желудочно-кишечном тракте и 4,7–5,2% – в различных других тканях.

Метаболизм

После поглощения и распределения в различных тканях микотоксин T 2 подвергается различным метаболическим реакциям перед выведением. Исследования in vivo показали, что наиболее распространенными реакциями являются гидролиз сложных эфиров и гидроксилирование изовалерил-группы. Также происходят дезоксигенация и конъюгация с глюкуроновой кислотой. Ht 2 является основным метаболитом. Предполагается, что в гидроксилировании участвует комплекс ферментов цитохрома P450. T 2 триол и T 2 тетраол, вероятно, образуются посредством ацетилхолинэстераз. Некоторые метаболические реакции микотоксина осуществляются микрофлорой кишечника. Образующиеся в этих реакциях метаболиты зависят от вида и pH. Однако расщепление сложных эфиров происходит в самом организме млекопитающего, а не благодаря микрофлоре. В эритроцитах микотоксин T 2 метаболизируется в неосоланиол, а в лейкоцитах – в HT 2 посредством гидролиза, катализируемого карбоксилэстеразами.

Выведение

После абсорбции, распределения и метаболизма микотоксин T2 выводится достаточно быстро, при этом 80–90% выводится в течение 48 часов, где выведение с желчью в значительной степени способствует выведению через кишечник. При длительном воздействии T2 развивается алиментарная токсическая алейкия (АТА). Сначала у пациента возникает жжение во рту, горле и желудке. Через несколько дней развивается острый гастроэнтерит, который длится от 3 до 9 дней. В течение 9 недель происходит медленная дегенерация костного мозга. Также кожа начинает кровоточить, и общее количество лейкоцитов снижается. Могут возникать проблемы с нервной системой. В конечном итоге могут появиться следующие симптомы: высокая температура, петехиальные кровоизлияния, некроз мышц и кожи, бактериальные инфекции некротизированных тканей, увеличение лимфатических узлов. Существует риск удушья из-за отека гортани и стеноза гортани. Недостаток кислорода становится причиной смерти. В противном случае пациент умирает от бронхиальной пневмонии и легочного кровотечения.

Влияние на животных

Микотоксин Т2 также токсичен для животных. Это соединение известно своим летальным и сублетальным воздействием на сельскохозяйственных животных. Его часто обнаруживают в зараженных зерновых культурах, используемых для кормления этих животных. Большинство токсических эффектов проявляются как у людей, так и у животных. После воздействия на эмбрионы данио-рерио концентрации 20 мкмоль/л и выше наблюдалось увеличение частоты деформаций и смертности. Деформации включали деформацию хвоста, сердечно-сосудистые дефекты и изменения в поведении на ранних стадиях развития. Это является результатом увеличения количества эпоксидов, вызывающих апоптоз клеток. Другие исследования показали, что токсин Т2 вызывает перекисное окисление липидов у крыс при его введении с кормом. В результате воздействия токсина Т2 у нескольких видов млекопитающих наблюдалось повышение уровня реактивных форм кислорода (РФК). Однако, несмотря на общее вредное воздействие токсина, в исследовании, проведенном на различных моделях клеточных культур печени, полученных из курицы, изменений в окислительно-восстановительном статусе клеток выявлено не было. Соединение также, по-видимому, снижает фертильность овец и нетелей. Исследования показали, что высокая доза Т2 задерживает овуляцию из-за замедления созревания фолликулов. Это, возможно, задерживает последующую лютеинизацию, что делает невозможным зачатие у самок. Т2 также оказывает влияние на фертильность быков. В 1998 году было установлено, что заплесневелое сено влияет на качество спермы быков. Анализ заплесневелого сена показал наличие Т2. Соединение снижало подвижность сперматозоидов, уровень тестостерона и увеличивало частоту морфологических аномалий в сперматозоидах. Печень является еще одной мишенью для микотоксина. Это один из первых органов, через который соединение проходит после попадания в организм. В этом органе наблюдается снижение экспрессии белков CYP1A у кроликов, свиней и крыс. Активность CYP3A также снижается у свиней. Эти ферменты помогают метаболизировать лекарственные препараты, проходящие через печень. Снижение их активности может привести к увеличению концентрации неметаболизированных лекарств в плазме, что может оказать опасное воздействие на здоровье животного. Все вышеупомянутые эффекты возникают при употреблении Т2 в высоких дозах. Животные способны метаболизировать это соединение с помощью ферментов семейства CYP3A, как и люди.

Лечение

На данный момент не существует специфической терапии при отравлениях микотоксином Т2. Воздействие микотоксина обычно сопровождается стандартизированным лечением для токсических веществ с целью снижения эффекта токсина. Это включает использование активированного угля, обладающего высокой связывающей способностью – 0,48 мг микотоксина Т2 на 1 мг угля. При кожном контакте для уменьшения кожных проявлений используют мыло и воду. В качестве профилактики считается, что антиоксиданты обладают свойствами, которые могут быть полезны.

Применение

В настоящее время, за исключением военных целей, T2 микотоксины не находят применения, однако существуют потенциальные терапевтические возможности их использования. Исследования показывают, что благодаря своим свойствам, микотоксин может быть использован в качестве стимулятора роста, антибиотика, противовирусного средства, а также для лечения лейкемии и малярии.