Prof. Raymond D Coker
Kurucu ve Direktör
Raymond Coker Consulting Limited
MİKOTOKSİNLERE GİRİŞ
“Bir sokakta inleyen ve kıvranan adamlar yere yığıldı: Diğerleri yere yuvarlanıp yere düştü ve epileptik bir şekilde köpükler saçıyordu. Diğerleri kusarken çıldırmak üzereydi. Bu insanların pekçoğu, “Yangın! Yanıyor,” diye bağırıyordu. Bu görünmez yangın eti kemikten sıyırıp onu sömürüyordu. Erkekler, kadınlar ve çocuklar kelimelere dökülemeyecek bir acı içinde öldü.”
Bu ifadeler, MS 943’te Avrupa’nın birçok yerini etkileyen bir hastalığı tanımlamak için onuncu yüzyıldaki bir vakanüvisin kullandığı kelimelerdi. Bu hastalık “Aziz Anthony’nın Yangını” olarak biliniyordu çünkü bu hastalık kurbanların uzuvlarında yaşanan yanma hissine neden olurdu (sonuçta kangrenin başlangıcına ve uzuvların kaybolmasına neden olur) ve çok sayıda insan iyileşme ümidiyle Fransa’daki Aziz Anthony’nın türbesini ziyaret ederdi.
Şimdi ise Aziz Anthony’nın Yangını’nın (çavdar hastalığı) Claviceps purpurea küfünün ürettiği ‘ergot alkaloidler’ ile bozulmuş çavdarın tüketiminin neden olduğunu biliyoruz. Bu hastalık onuncu yüzyılda Avrupa’nın pek çok bölgesinde bir salgına dönüştü. Bazı küflerin ürettiği ergot alkaloidler gibi toksik sekonder metabolitler ‘mikotoksinler’ olarak tanımlanırken bunun neden oldukları hastalıklar ‘mikotoksikozlar’ olarak adlandırılır.
Mikotoksinler çok çeşitli gıda ve yemlerde ortaya çıkar ve çeşitli insan ve hayvan hastalıklarında rol oynar (Coker, 1997). Mikotoksinlere maruz kalmak ölümden, merkezi sinir, kardiyovasküler ve pulmoner sistemlere ve sindirim sistemine zarar verici etkilere kadar akut ve kronik toksisiteler üretebilir. Mikotoksinler ayrıca kanserojen, mutajenik, teratojenik ve immünsüpresif olabilir. Bazı mikotoksinlerin bağışıklık sisteminin tepki vermesini riske sokma yeteneği ve bunun sonucu olarak, vücudun bulaşıcı hastalığa karşı direncinin azalması, günümüzde özellikle gelişmekte olan ülkelerde, mikotoksinlerin en önemli etkisi olarak kabul edilmektedir.
Bir mahsulün durumu, ürün, makro ve mikro çevre ve çeşitli biyolojik, kimyasal, fiziksel ve sosyoekonomik faktörler arasında çok sayıda etkileşimi içeren karmaşık bir ortam tarafından belirlenir. Herhangi bir süreç içinde meydana gelen bir değişiklik, diğer süreçlerin birinde ya da daha fazlasında değişime yol açacaktır. Böcek zararını kontrol ve/veya üretimi arttırmak için hasattan önce atılan adımlar (ör. çeşitlerin seçimi, hasat zamanlaması) ürünün hasat sonrası kalitesi üzerinde önemli bir etkisi olabilir. Örneğin, melez beyaz mısır, geleneksel çeşitlerden çok daha yüksek verime sahip olmasına karşın zayıf depolama karakterine sahiptir.
Bir ekosistemde öncelikle biyo-bozulmaya (küf gelişimi dâhil) katkıda bulunan faktörler nem, sıcaklık ve bitki zararlılarıdır. Küfler geniş bir sıcaklık yelpazesinde büyüyebilir ve genel olarak, küf oluşumu oranı sıcaklığın ve mevcut suyun düşmesi ile düşecektir.
Tahıllarda, küfler taneler arasındaki su buharını kullanır; bunun konsantrasyonu, tahıl içindeki serbest su (tahıl nem içeriği) ile tane parçacığının hemen etrafındaki buhar durumundaki su arasındaki denge ile belirlenir. Taneler arası su konsantrasyonu ya denge bağıl nem (ERH,%) ya da su aktivitesi (aw) cinsinden tanımlanır. İkincisi, tahıldaki suyun buhar basıncının, aynı sıcaklık ve basınçtaki saf suya oranını tanımlarken ERH de yüzde olarak ifade edilen su aktivitesine eşdeğerdir. Belirli bir nem içeriği için, farklı tahıllar çeşitli su aktiviteleri sağlar ve sonuç olarak farklı oranlar ve küf büyümesinin türünü destekler. Küf büyümesi için gerekli olan tipik su aktiviteleri, su aktivitesinin ve küf büyümesi eğilimlerinin sıcaklıkla arttığı 0.70 ila 0.99 arasında değişir. Örneğin, mısır, bir yıl boyunca yüzde 15 nem seviyesinde ve 15 derecelik bir sıcaklıkta nispeten güvenli bir şekilde saklanmasına karşın 30 derecede depolanan aynı mısır, üç ay içinde küf yüzünden büyük ölçüde zarar görecektir.
Ayrıca böcekler ve kurtçuklar (eklembacaklılar) tahılın biyo-bozulmasına büyük katkıda bulunabilirler çünkü fiziksel faaliyetleri besin kaybına ve fiziksel zararlara yol açtığı gibi küf ve mikotoksinlerle karmaşık bir ilişkileri de bu bozulmaya neden olur. Böceklerin ve kurtçukların metabolik faaliyeti, istila edilen tahılın hem nem içeriğinde hem de ısısında artışa neden olur. Ayrıca eklembacaklılar küf sporlarının taşıyıcıları olarak işlev görürler ve fekal materyalleri küfler tarafından bir besin kaynağı olarak kullanılabilir. Ayrıca küfler böcekler ve kurtçuklar için gıda sağlayabilir ancak bazı durumlarda patojen olarak da hareket edebilirler.
Küf büyümesini etkileyebilecek bir diğer önemli faktör, tahılın sevkindeki kırık tanelerin oranıdır. Genel taşıma ve/veya böcek hasarının neden olduğu kırık taneler, maruz kalan endospermin istilasına küflenmeye yatkındır.
Küf büyümesi ayrıca, tanecikler arasındaki ortamdaki oksijen, azot ve karbondioksit oranlarıyla da düzenlenir. Birçok küf çok düşük oksijen ortamlarında büyüyecektir. Mesela doğrusal büyümenin yarıya indirilmesi, oksijen içeriği ancak yüzde 0.14’ün altına düştüğünde elde edilebilir. Gazlar ve mevcut su aktivitesi arasındaki etkileşimler küf gelişimini de etkiler.
Tanecik ekosistemlerde yukarıda tarif edilen etkileşimler, besin mevcudiyeti ve mikro-çevre zamanla değiştikçe, toksijenik küfler de dâhil olmak üzere bir dizi mikroorganizmanın büyümesini destekleyecektir. Tarlada, tahıllar ağırlıklı olarak yüksek su aktiviteleri (en az 0.88) gerektiren küfler tarafından kirletilirken, depolanmış taneler daha düşük nem seviyelerinde büyüyen küfleri destekleyecektir.
Mikotoksinlerin üretimini etkileyen ana faktörlerin su aktivitesi ve sıcaklık olduğu iyi bilinmektedir. Bununla birlikte, mikotoksinlerin üretimini destekleyen ekosistemlerin karmaşıklığı göz önüne alındığında, toksijenik küflerin mikotoksin ürettiği koşullar eşit derecede karmaşıktır.
ÖNEMLİ MİKOTOKSİNLER
Gıda maddeleri ve yemler içinde şu anda en önemli olduğu düşünülen mikotoksinler, kimyasal yapıları ve özellikle ilişkili oldukları ekinler ile birlikte aşağıda gösterilmiştir (Tablo 1 & Şekil 1).
Büyük mikotoksin üreten küf türleri; Aspergillus flavus & A. parasiticus (aflatoxins B1, B2, G1, G2); A. ochraceus & Penicillium verrucosum (ochratoxin A); Fusarium graminearum (deoxynivalenol & zearalenone); F. sporotrichioides (T-2 toxin) and F. verticillioides & F. proliferatum (fumonisin B1). Mikotoksinler tahıllar, yenilebilir fındıklar ve yağlı tohumlar dâhil olmak üzere çok çeşitli ürünlerde görülür. Mısır, özellikle çeşitli mikotoksinler tarafından kirlenmiş olabilir (Tablo 1).
Mikotoksinlerin çok çeşitli kimyasal yapılarla temsil edildiği de açıktır.
Mikotoksinler, hayvanlarda ve insanlarda sağlık ve üretkenliklerine etki eden çeşitli önemli organlara karşı toksiktir (Tablo 1). Bağışıklık sistemini tehlikeye atan mikotoksinler özellikle önemlidir.
Aflatoksinler
Aflatoksinler B1, B2, G1 & G2
‘Aflatoksinler’ terimi, 1960’lı yılların başlarında, binlerce hindi (‘Hindi X’ hastalığı), ördek yavrusu ve diğer evcil hayvanların ölümünün, Güney Amerika’dan ithal edilen yer fıstığı öğününde Aspergillus flavus toksinlerinin varlığına bağlandığı zaman ortaya çıkmıştır (Austwick, 1978).
Aflatoksinlerin, çoğunlukla tropik ve tropik kökenli mallarla ilişkili olmasına karşın aflatoksin üreten küfler (örn. A. flavus & A. parasiticus), dünya çapında ılıman, alt tropikal ve tropik iklimlerde yaygın olarak bulunur. Aflatoksinler hasattan önce ve sonra birçok gıda ve yemlerde, özellikle yağlı tohumlar, yenilebilir fındık ve tahıllarda üretilebilir.
Aflatoksin B1 bir insan kanserojendir ve bilinen en güçlü hepatokanserojenlerden biridir.
Düşük diyet düzeylerinin (milyarda bir parça) aflatoksinlerin çiftlik hayvanları üzerindeki kronik etkileri de iyi belgelenmiştir (Coker, 1997) ve azalmış üretkenliği ve hastalığa karşı artan duyarlılığı içermektedir.
Aflatoksin M1
Aflatoksin B1 süt yemlerinde metabolize edilebilir ve aflatoksin M1 şeklinde inek sütüne aktarılabilir. Yüzde taşıma oranı, örneğin, yemdeki aflatoksin B1 seviyesi ve ineğin üretkenliğine bağlı olarak tipik olarak yüzde 1-5 aralığındadır. Bununla birlikte, taşıma oranı ineklerden ineğe ve bireysel ineğe göre günden güne farklılık gösterebilir.
Trikotosenler
T-2 toksin ve Deoksinivalon
T-2 toksini ve deoksinivalenol, “trikotosenler” olarak bilinen yapısal olarak ilişkili seskiterpenlerin büyük bir grubuna aittir.
T-2 toksini dünyanın birçok yerinde hububatlar üzerinde yetişir ve özellikle hasatta uzun süreli yağmurlu hava ile ilişkilidir. Sibirya’da İkinci Dünya Savaşı sırasında binlerce insanı etkileyen ve köylerin tamamın ortadan kalmasına neden olan bir hastalık olan “alimenter toksik alöki”nin (ATA) muhtemel sebebidir. ATA semptomları arasında ateş, kusma, sindirim sisteminin akut yangısı ve çeşitli kan anormalliklerini vardır. T-2 toksin, hayvanlarda kanamalı hastalık salgınlarından sorumludur ve kümes hayvanlarında oral lezyonların ve nörotoksik etkilerin oluşumu ile ilişkilidir. T-2 toksininin (ve diğer trikotosenlerin) en önemli etkisi, deney hayvanlarında açıkça ortaya konan immünosupresif aktivitedir ve muhtemelen bu toksinin, makromoleküllerin biyosentezi üzerindeki engelleyici etkisiyle bağlantılıdır. Deney hayvanlarında T-2 toksininin kanserojen olabileceğine dair sınırlı kanıt vardır.
Deoksinivalenol (DON) muhtemelen hem gelişmiş hem de gelişmekte olan ülkelerde çok çeşitli hububatları özellikle de mısır ve buğdayı kirleten en yaygın Fusarium mikotoksinidir. Yemlerdeki DON yüzünden çiftlik hayvanları arasında emetik (ve yem reddi) belirtilerinin ortaya çıkması, bu mikotoksine atfedilen önemsiz adıyla vomitoksin ile sonuçlandı.
DON’un yenilmesi yüzünden Hindistan, Çin ve Japonya’nın kırsal bölgelerinde akut insan mikotoksikoz salgınlarına neden olmuştur. 1984-85 tarihlerinde yaşanan Çin’deki salgın, küflü mısır ve buğday yüzünden olmuştur. Belirtiler 5 ve 30 dakika arasında ortaya çıkarken bu belirtiler arasında mide bulantısı, kusma, karın ağrısı, ishal, baş dönmesi ve baş ağrısı vardır.
Zearalenone
Zearalenone, başta Amerika, Kuzey Amerika, Japonya ve Avrupa olmak üzere düşük oranlarda mısırda yaygın olarak bulunan östrojenik bir mikotoksindir. Bununla birlikte, gelişmekte olan ülkelerde, özellikle de mısır, örneğin yayla bölgelerinde daha ılıman koşullarda yetiştirildiğinde yüksek oranlarda ortaya çıkabilir.
Zearalenone, F. graminearum tarafından deoksinivalenol ile birlikte üretilmiştir ve akut insan mikotoksikozlarının salgınlarında DON ile ilişkilendirilmiştir. Zearalenone bulaşmış mısıra maruz kalan (Udagawa, 1988) hayvanlarda, özellikle domuzlarda, vulvar ve meme şişlik ve kısırlık ile karakterize hiperoestrogenism neden olmuştur.
Zearalenonun karsinojenisitesi için deney hayvanlarında sınırlı kanıt vardır.
Fumonisinler
Fumonisinler, esas olarak Fusarium verticillioides ve Fusarium proliferatum tarafından üretilen bir grup mikotoksinlerdir.
Fumonisin B1, ABD, Kanada, Uruguay, Brezilya, Güney Afrika, Avusturya, İtalya ve Fransa dahil olmak üzere çeşitli tarımsal bölgelerden mısırda (ve mısır ürünleri) ortaya çıkmıştır. Mısırın ılık ve kuru şartlarda yetiştirildiğinde bu toksinler özellikle ortaya çıkar.
Mısırdaki Fumonisin B1’e (FB1) maruz kalınması halinde atlarda lökoensefalomalazi (LEM) ve domuzlarda pulmoner ödem oluşumuna neden olur. ABD, Arjantin, Brezilya, Mısır, Güney Afrika ve Çin dahil olmak üzere birçok ülkede LEM ortaya çıkmıştır. FB1 aynı zamanda bir dizi hayvan türünde merkezi sinir sistemi, karaciğer, pankreas, böbrek ve akciğer için de toksiktir.
Okratoksin A
Okratoksin A’nın (OA), kuzey yarım kürenin ılıman bölgelerindeki buğday ve arpa yetiştirme alanlarında ortaya çıktığı görülmektedir. Bulgaristan, eski Yugoslavya ve Romanya’nın sınırlı bölgelerinde meydana gelen ölümcül bir kronik böbrek hastalığı olan Balkan endemik nefropatisi ile ilişkilendirilmiştir. OA, çeşitli hayvan türlerinde renal toksisite, nefropati ve immünsüpresyona neden olur ve deney hayvanlarında karsinojeniktir.
OA’nın hayvan yemlerinden hayvan ürünlerine geçme yeteneği, perakende domuz ürünlerinde ve Avrupa’daki domuzların kanıyla bu toksin ortaya çıkmıştır. Tahıl taneleri OA’nın ana insan besin kaynağı olarak kabul edilmesine rağmen, domuz ürünlerinin de bu toksinin önemli bir kaynağı olabileceği ileri sürülmüştür (IARC, 1993e).
Diğer Küfler ve Mikotoksinler
Yaygın olarak meydana gelmeyen, ancak etkilenen bölgelerdeki maruz kalan insanlar için önemli olan birkaç mikotoksikoz vardır.
Küf ve mikotoksinler arasında ergotizm, paspalum stageri, çavdar stageri, yüz egzaması, çayır basması, lupinosis, slobber sendromu, staşibotoksikoz ve diplodiozis gibi çeşitli hayvancılık hastalıkları ile ilişkili olanlar yer alır (Tablo 2).
Mikotoksinlerin ortak oluşması
Küf büyümesinin ve mikotoksin üremesinin karmaşık ekolojisi gıdalarda ve yemlerde ve özellikle tahıllarda mikotoksin karışımları üretebilir. Mikotoksinlerin birlikte ortaya çıkması hem mikotoksin üretimi seviyesini hem de bozulmuş maddenin toksisitesini etkileyebilir.
Örneğin, depolanmış tahıllardaki aflatoksinlerin üretimi, trikotosenlerin varlığıyla arttırılabilirken deney hayvanlarında sinerjik etkileşimlerle belirlenen trikotoksen mikotoksinlerin doğal olarak oluşan kombinasyonlarının toksikolojisi bildirilmiştir (Schiefer ve arkadaşları, 1986). Örneğin, domuzla yapılan bir çalışmada, deoksinivalenolün kilo alma ve besleme dönüşümü üzerindeki etkisi T-2 toksini ile sinerji oluşturdu.
Bir önceki yazımız olan "Buharlı şartlandırmanın yemdeki kimyasal değişime etkisi" başlıklı makalemizi de okumanızı öneririz.