Projects / Programmes
EMERGING TOXIC SUBSTANCES IN THE SLOVENIAN FEED
| Code |
Science |
Field |
Subfield |
| 4.03.01 |
Biotechnical sciences |
Plant production |
Agricultural plants |
| Code |
Science |
Field |
| B420 |
Biomedical sciences |
Nutrition |
| Code |
Science |
Field |
| 4.01 |
Agricultural and Veterinary Sciences |
Agriculture, Forestry and Fisheries |
ergot alkaloids, Alternaria toxins, origin, chemistry, analysis, exposure
Researchers (14)
Organisations (3)
Abstract
In the last three years, clinical symptoms appeared in intensively farmed fattening cattle which were not known until now: tail tip necrosis, scrotal necrosis, cracked and chipped horns, limping and ultimate death in spite of a treatment. In such breeding, the possibility of existence of infectious pathogens and environmental factors was eliminated and the attention was focused on the nutrition. The described changes could be caused by mycotoxins as well as alkaloids of saprophytic and endophytic fungi that have not been determined in Slovenia so far. Based on the results that have been obtained in the meantime, possible occurrence of ergot alkaloids (produced by the fungus Claviceps purpurea or ergot, but also by other fungi) and toxins produced by fungi of the genus Alternaria that have not been described before in Slovenia is expected.
Through its Recommendation from 15 March 2012 on the monitoring of the presence of ergot alkaloids in feed and food (2012/154/EU), European Commission addressed Member States for the active involvement of the feed and food business operators monitoring on the presence of ergot alkaloids in cereals and cereal products intended for human consumption or intended for animal feeding, in pasture/forage grasses for animal feeding and in compound feed and food. In Slovenia, this has not been implemented yet.
Ergot alkaloids are produced by various types of fungi belonging to the genera Hypocreales and Eurotiales. From the genus Hypocreales, Claviceps are known types of fungi; among them, the fungus Claviceps purpurea are the most widespread in Europe. Preferably, rye is infected by Claviceps purpurea, but also other economically important species of the grass family (Poaceae), e.g. triticale, wheat, barley and oats and many self-grown and sown grass species can be affected. The fungus Claviceps purpurea infects over 200 species of grasses. Among the most important genera of the hosting wild grasses in the fields and edges of fields, there are ryegrass (Lolium), Agropyron, brome (Bromus), fescue (Festuca) and Avenochloa. In shady and wet grassland, the most common genera of wild grasses that host ergot are reed beds (Phragmites), Molinia, Calamagrosti and honey-grass (Holcus). In both habitats, important host families are the Kentucky blue grass (Poa), fox tails (especially Alopecurus myosuroides), oatgrass (Arrhenotherum), dog grass (Dactylis) and cat tails (Phleum). Other host genera are Danthonia, Glyceria, Brachypodium, Elymus and Milium. Interestingly, ergot is often also present in Spartina maritima, which is halophyte and grows mainly in the pans. (Bové, 1970; Taber, 1985; Haarman et al., 2009). Cross-pollinated species are more susceptible to infection because of the more open and long-term blooming.
According to Directive 2002/32/EC of the European Parliament and of the Council of 7 May 2002 on undesirable substances in animal feed, products intended for animal feed must not contain undesirable substances above the limits set out in Annex I to the Directive. For feed containing unground cereals, the limit value for ergot sclerotia (Claviceps purpurea ) was set to 1000 mg/kg.
At the request of the European Commission, the Scientific Panel on Contaminants in the Food Chain of the European Food Safety Authority (EFSA) adopted an opinion on ergot as an undesirable substance in animal feed on 19 April 2005. The term ergot refers to a fungi structure of Claviceps species that develop on the ear/panicle of a grass and looks like a large dark-colored sclerotium. It contains the different alkaloids, among which the most important are ergometrine, ergotamine, ergosine, ergocristine, ergocriptine and ergocornine and their related – inines. Beside the other environmental factors, host plant, type of infection (primary or secondary), fungi strain and geographic region affect the ergot size and alkaloids content.
At present, the patterns of ergot alkaloids related to a type of fungi, geographical
Significance for science
Mikotoksini, kamor spadajo tudi ergot alkaloidi in alternarijski toksini, so sekundarni presnovki različnih gliv, ki pri ljudeh in živalih po zaužitju povzročijo zastrupitev (mikotoksikoze). Glive, ki rastejo na žitih, lahko začnejo izločati mikotoksine pred ali po žetvi ali pa kasneje med neprimernim skladiščenjem. Najbolj razširjene plesni, ki tvorijo mikotoksine so Fusarium spp., Aspergillus spp. in Penicillium spp. Pogosto jih ugotovimo v koruzi in strnih žitih, ki se uporabljajo v človeški ali živalski prehrani. Ker so toksigene glive zelo razširjene, najdemo mikotoksine pravzaprav v vseh delih sveta. Do sedaj je opisanih več kot 350 vrst gliv, ki izločajo mikotoksine in več kot 300 različnih mikotoksinov, ki povzročajo na živih organizmih različna obolenja.
Vse navedeno je znano že dolgo časa, vendar pa v Evropi v zadnjem času opažamo spremembe, ki jih ne znamo razložiti. Na primer, ugotovljeno je bilo, da so nekatere vrste gliv Fusarium zadnjih 10 let uspešno migrirale in postale ena od najpogostejših vrst plesni v centralni in severni Evropi. Posledica so tako imenovana »Fusarium leta«, ki so se prej pojavljala le občasno pri slabem vremenu ob spravilu pridelkov, danes pa se pojavljajo v Evropi skoraj vsako drugo leto. Med vprašanji, ki so trenutno deležna posebnega zanimanja, je tudi odkrivanje vzrokov in analiza stanja pojavljanja novih mikotoksinov (npr. toksini, ki jih izločajo Alternaria spp.) in mikotoksinov, za katere smo mislili, da jih imamo pod nadzorom (npr. aflatoksini in ergot alkaloidi). Najbolj enostaven odgovor, vendar nikakor edini, je sprememba klimatskih razmer, ki omogoča rast različnim »novim« vrstam gliv.
Rezultati našega projekta bodo pripomogli k natančnejšim ocenam tveganja in obvladovanju strategij zaščite potrošnikov brez zmanjšanja razpoložljivosti kritičnih virov hrane, kot so pšenica in ječmen. Vsekakor pa bi bilo v prihodnosti te rezultate potrebno nadgraditi s poskusi na živalih ali celičnih linijah, kajti poznano je, da še vedno ne razumemo osnov mehanizmov, s katerimi nekateri mikotoksini, med njimi tudi ergot alkaloidi in alternarijski mikotoksini, delujejo toksično. Posebno malo je znano, kako na organizem delujejo nizke koncentracije več mikotoksinov hkrati ali pa kombinacije mikotoksini/konzervansi ali mikotoksini/drugi sintetični dodatki v hrani ali krmi.
Na osnovi vsega navedenega so vse raziskave na področju mikotoksinov nujno potrebne in upravičene. Potrebno je poudariti, da bi moralo biti na tem področju opravljenih več raziskav; še posebno na področju poznavanja delovanja nizkih koncentracij kot tudi na medsebojnem delovanju različnih mikotoksinov.
Significance for the country
C. purpurea se nahaja samo na žitih in travah, zato so ta posamična krmila in proizvodi iz njih možen vir okužbe z ergot alkaloidi. Med žiti je najpogosteje okužena rž, sledijo tritikala, pšenica in ječmen. Količina žit iz proizvodov iz njih, ki se dnevno vključuje v obrok za živali, je med državami članicami EU zelo različna. Za prašiče in perutnino lahko žitna komponenta predstavlja več kot 70 % obroka. Dejanska količina je odvisna od velikosti, tipa in starosti živali. Na izbiro krmil vpliva mnogo dejavnikov, npr. njihova razpoložljivost in cena in hranilna vrednost (McDonald in sod., 2011).
Ne smemo pozabiti, da se žita vključujejo tudi v krmo za konce, ribe in domače ljubljenčke.
Raziskave, opravljene v zadnjih letih, v katerih večinoma ugotavljajo nizke koncentracije mikotoksinov, kažejo, da smo danes ljudje in živali skoraj zagotovo kronično izpostavljeni mikotoksinom. Takšna izpostavljenost po mnenju nekaterih prispeva k povečanju rakavih obolenj, obolenj ledvic in slabši odzivnosti imunskega sistema. Vse bolj postaja jasno, da se mikotoksinom pravzaprav ne da izogniti, ker so nekakšni »naravni« kontaminanti hrane. Zaradi načina pridelovanja in klimatskih sprememb vedno bolj pridobivajo na pomembnosti. Posebej težko je realno oceniti dejansko škodo, ki jo povzročajo mikotoksini v živalski proizvodnji, vendar pa prevladuje mnenje, da je zelo velika (Bannett in Klich, 2003).
Gospodarska škoda je zaradi stroškov zdravljenja živali in manjše klavne mase velika. Kmetje v Sloveniji so ocenili, da so zaradi gangren repov morali dati v zakol predčasno 3% živali.
Analize razširjenosti in pogostosti pojavljanja glivnih predstavnikov iz rodov Claviceps in Alternaria nam bo omogočila razumevanje dejavnikov, ki vplivajo na njihovo pojavljanje v trenutnih razmerah. Slednje je pomembno za oblikovanje predvidevanj prihodnjega pojavljanja obeh skupin gliv pod vplivom klimatskih sprememb. Še posebej pomembno je razumevanje pojavljanje rodu Alternaria, saj je v primerjavi z glivami iz rodu Claviceps, precej slabo raziskano.
Ustrezno poznavanje razširjenosti in pogostosti pojavljanj predstavnikov gliv iz rodov Claviceps in Alternaria je pomembno za preprečevanje zastrupitev govedi z njihovimi toksini, kar je pomembno za celoten del živinorejske panoge, ki se ukvarja z rejo govedi. Z razumevanjem okoljskih dejavnikov, ki vplivajo na razširjanje gliv in razvoj njihovih rastlinskih gostiteljev, bomo lahko oblikovali potencialne smernice za nadzor krme oz. oblikovanje rastlinskih mešanic, ki se uporabljajo za pridelavo krme (seno).
Bennett JW, Klich M. 2003. Mycotoxins. Clin Microbiol Rev 16 (3): 497-516.
McDonald P, Greenhalgh JFD, Morgan CA, Edwards R, Sinclair L and Wilkinson R, 2011. Animal Nutrition. 7th edition. Benjamin Cummings, 712 pp
Most important scientific results
Annual report
2015,
2016,
final report
Most important socioeconomically and culturally relevant results
Annual report
2015,
2016,
final report
