Mykotoxin

Mykotoxine (Schimmelpilzgifte) sind sekundäre Stoffwechselprodukte aus Schimmelpilzen, die bei Wirbeltieren bereits in geringsten Mengen giftig wirken. Im Unterschied dazu werden die toxischen Inhaltsstoffe von Großpilzen als Pilzgifte bezeichnet. Eine durch Mykotoxine verursachte Erkrankung wird Mykotoxikose genannt.

Bedeutung/Vorkommen

Schimmelbildung bei Gerste

Salami mit Schadschimmel

Brot mit Schadschimmel

Seit Menschengedenken werden schimmelbefallene Lebensmittel und damit Mykotoxine verzehrt. Seit 1960 machte man sich darüber erstmals ernsthafte Gedanken, als in England tausende von Puten an verschimmeltem Erdnussschrot starben. Die intensive Suche nach den giftigen Substanzen führte dann zur Entdeckung der Aflatoxine. In der UdSSR trat während des Zweiten Weltkrieges eine Erkrankung auf, die eine Hemmung der Bildung von weißen Blutkörperchen zur Ursache hatte und auf verschimmelter Hirse und verschimmeltem Weizen beruhte. Erst nach Jahren wurde das die Erkrankung verursachende Mykotoxin, das T2-Toxin aus der Gruppe der von Fusarien gebildeten Trichothecene, entdeckt, das in russischen Getreideproben mit einer Konzentration von bis zu 2,5 % vorkam.

Es sind inzwischen etwa 200 verschiedene Toxine bekannt, die von über 300 Pilzarten produziert werden^[1], wobei die Produktion eines bestimmten Toxins auf wenige bestimmte Arten beschränkt sein kann, aber auch von vielen Arten mehrerer Gattungen bewerkstelligt werden kann. Die Optimalbedingungen für die Bildung des Toxins und das Wachstum des Schimmelpilzes brauchen nicht notwendigerweise übereinzustimmen. Die meisten Mykotoxine sind sehr widerstandsfähig gegenüber Hitze- und Säurebehandlung.

Die Bildung von Mykotoxinen unterliegt einer ausgeprägten regionalen wie saisonalen Schwankungsbreite und ist abhängig vom Nahrungsangebot, Wassergehalt in Substrat und umgebender Luft (Luftfeuchte), Temperatur, pH-Wert und Interaktionen mit anderen Pilzen. Für die Giftbildung werden Substrate bevorzugt, die reich an Kohlenhydraten komplexer Zusammensetzung sind^[2].

Der Mensch ist hauptsächlich durch Kontaminationen in Lebensmitteln bedroht. Alle verschimmelten Nahrungsmittel können Mykotoxine enthalten.

Primärkontamination: Getreide wurde schon auf dem Feld von Schimmelpilzen befallen (z. B. Mutterkorn auf Roggen, Weizen, Gerste)
Sekundärkontamination: Lagernde Lebensmittel verschimmeln (z. B. Aspergillus oder Penicillium spp.)
Carry over: Nutztiere nehmen verschimmelte Lebensmittel auf und geben die enthaltenen Gifte an die Produkte weiter: Milch, Eier, Fleisch

Die FAO schätzt, dass ca. 25 % der Welt-Nahrungsproduktion Mykotoxine enthalten. Am häufigsten belastet mit Fusarientoxinen sind Getreide (insbesondere der Mais und der Weizen). Betroffen von Aflatoxin-Befall sind häufig landwirtschaftliche Produkte aus tropischen und subtropischen Gebieten, da der Pilz Aspergillus flavus erst ab Temperaturen von 25–40 °C gut wächst. Betroffen sind dabei hauptsächlich Mais und vor allem ölhaltige Samen und Nüsse, wie z. B. Pistazien, Erdnüsse, Mandeln und Paranüsse. Mykotoxine können bei Menschen und bei Tieren bereits in geringen Konzentrationen toxische Wirkungen zeigen. Symptome von Vergiftungen sind Leber- und Nierenschädigungen, Beeinträchtigungen des Immunsystems, Haut- und Schleimhautschäden, oder hormonelle Auswirkungen wie Fruchtbarkeitsstörungen. Manche Mykotoxine sind auch krebserregend und können Erbschäden hervorrufen.^[3]

Wirkung

Mykotoxine können bei Menschen und Tieren vielgestaltige, meist sehr schädliche Wirkungen entfalten. Insbesondere können sie

krebserregend (karzinogen) wirken
das Zentralnervensystem schädigen (neurotoxisch wirken)
das Immunsystem schädigen (immunsuppressiv wirken)
das Erbgut schädigen (mutagen wirken)
die Leibesfrucht schädigen (teratogen wirken)
Organschäden (z. B. an Leber oder Niere) verursachen (hepatotoxisch oder nephrotoxisch wirken)
bei Berührung Hautschäden (von Hautreizungen bis Nekrosen) verursachen
enzymatische Stoffwechselprozesse hemmen oder einleiten
allergische Reaktionen auslösen

Eine Anzahl von Mykotoxinen besitzt die Fähigkeit, Bakterien an der Vermehrung zu hindern. Man spricht hier von einer antibiotischen Wirkung und nutzt diese Eigenschaft in verschiedenen Medikamenten gegen bakterielle Infektionen.

Arten

Mykotoxine können entweder aufgrund einer ähnlichen Molekularstruktur oder nach den sie produzierenden Schimmelpilzgattungen zu Stoffgruppen zusammengefasst werden:

Aflatoxine
Alternaria-Toxine, wie z. B. Alternariol (AOH), Alternariolmonomethylether (AME), Altenuen und Tenuazonsäure
Fumonisine
Fusarium-Toxine
Mutterkornalkaloide (Ergotalkaloide)
Ochratoxine
Trichothecene, wie z. B. Deoxynivalenol (DON), Nivalenol, T-2-Toxin

Streng genommen müssten die Mutterkornalkaloide zu den Pilzgiften gerechnet werden, da der Produzent, das Mutterkorn (Claviceps purpurea), zu den Großpilzen gehört, da im Frühjahr kleine, aber deutlich erkennbare Fruchtkörper aus dem Sklerotium wachsen.

Liste von Mykotoxinen (Auswahl)

Name des Toxins / der Toxine	Hauptproduzenten	wesentl. Vorkommen	(Gift-)Wirkung
Aflatoxine	Aspergillus flavus Aspergillus parasiticus	Erdnüsse, Getreide, Mais, Feigen, Milch (carry over)	hepatotoxisch, karzinogen, akute Toxizität, Aflatoxin B₁ = stärkstes mykotisches Karzinogen
Altenuen	Alternaria alternata Alternaria solani
Alternariol (AOH)	Alternaria alternata Alternaria solani	Obst, Gemüse, Tabak, Hirse, Nüsse	mutagen
Alternariolmonomethylether (AME)	Alternaria alternata Alternaria solani	Obst, Gemüse, Tabak, Hirse, Nüsse	mutagen
Cephalosporin	Cephalosporium acremonium		antibiotisch
Chaetomin	Chaetomium-Arten		nephrotoxisch, antibiotische Wirkung auf grampositive Bakterien
Citrinin	Aspergillus ochraceus Penicillium citrinum	Getreide	hepatotoxisch, nephrotoxisch, karzinogen
Deoxynivalenol (DON)	Fusarium culmorum Fusarium graminearum	Getreide	gastrointestinaler Reizstoff
Fumagillin	Aspergillus fumigatus		hemmt Angiogenese, antibiotisch
Fumonisine	Fusarium verticillioides Fusarium proliferatum Fusarium anthophilum	hauptsächlich Mais	möglicherweise karzinogen, teratogen
Fusarin C	Fusarium-Arten		mutagen, vermutlich karzinogen
Fusarinsäure (FA)	Fusarium-Arten		schwach toxisch, antibiotisch
Gliotoxin	Aspergillus fumigatus Aspergillus terreus Eurotium chevalieri Gliocladium fimbriatum		zytotoxisch, immunsuppressiv
Griseofulvin	Penicillium griseofulvum		antibiotisch
Kojisäure	Aspergillus- und Penicillium-Arten	Mais, wahrscheinlich viele andere Lebens- und Futtermittel	schwach mutagen, mäßig antibiotisch, im Tierversuch (i.p.) epilepsieartige Symptome
Moniliformin	Fusarium avenaceum Fusarium tricintum Fusarium fusaroides Fusarium moniliforme	Gerste, Mais	gastroenteritisch, hämorrhagisch
Mutterkornalkaloide	Claviceps purpurea	Getreide
Mycophenolsäure	Penicillium brevicompactum
Nivalenol	Fusarium culmorum	Gerste, Mais, Weizen	hämorrhagisch
Ochratoxin A (OTA)	Aspergillus ochraceus Penicillium viridicatum	Erdnüsse, Mais, Weizen, Baumwollsamenmehl	nephrotoxisch, dermatotoxisch, karzinogen
Patulin	Penicillium claviforme Penicillium expansum Penicillium griseofulvum Penicillium leucopus Penicillium clavatus Penicillium giganteus Penicillium terreus	Apfelsaft, Äpfel und andere Obstarten	hämorrhagisch, ödematös, im Tierversuch (sc.) karzinogen
Penicillin	Penicillium notatum		antibiotisch
Penicillinsäure	viele Penicillium- und Aspergillus-Arten	Mais, Futtermittel	antibiotisch, im Tierversuch (sc.) karzinogen
Penitrem A	Penicillium carneum Penicillium crustosum	Fleisch, Fleischerzeugnisse	neurotoxisch, tremorgen
Roquefortin	Penicillium roqueforti Penicillium commune	Reismehl u. a. Nahrungsmittel	neurotoxisch, paralytisch
Satratoxine	Stachybotrys chartarum		systemische Vergiftungserscheinungen
Sterigmatocystin	Aspergillus aurantiobrunneus Aspergillus nidulans Aspergillus quadrilineatus Aspergillus ustus Aspergillus variecolor Aspergillus versicolor	Hartkäse, grüne Kaffeebohnen, Gerste, Mais, Weizen, Reis	karzinogen, hepatotoxisch, nephrotoxisch
Tenuazonsäure	Alternaria alternata	Äpfel, Tomaten	antibiotisch, antiviral, geringe Toxizität, hemmt Proteinsynthese
Trichothecene	hauptsächlich Fusarium-Arten, auch Cephalosporium, Stachybotrys, Trichoderma	Getreide	vielfältig
T-2-Toxin	Fusarium culmorum Fusarium incarnatum Fusarium poae Fusarium solani Fusarium sporotrichioides Fusarium tricinctum Trichoderma lignorum	Gerste, Hirse, Mais	dermatotoxisch
Viomellein	Aspergillus ochraceus Penicillium cyclopium Penicillium melanoconidium Penicillium freii Penicillium viridicatum		nephro- und hepatotoxisch
Verrucosidin	Penicillium aurantiogriseum Penicillium melanoconidium Penicillium polonicum		neurotoxisch
Verruculogen	Penicillium verrucosum Aspergillus fumigatus	Getreide	tremorgen, vermutlich tumorfördernde Wirkung
Xanthomegnin	Aspergillus-Arten Penicillium-Arten Trichophyton-Arten Microsporum-Arten	Fleisch, Fleischerzeugnisse	hepatotoxisch
Zearalenon (ZEA)	Fusarium avenaceum Fusarium culmorum Fusarium equiseti Fusarium gibbosum Fusarium lateritium Fusarium moniliforme Fusarium nivale Fusarium oxysporum Fusarium graminearum Fusarium sambucinum Fusarium tricinctum	Cornflakes, Gerste, Hafer, Hirse, Mais, Nüsse, Roggen, Sesammehl, Weizen	Wirkung als Östrogen, Infertilität

Ethanol (Ethylalkohol), das bei der anaeroben Metabolisierung von Zuckern durch manche Hefepilze (speziell Saccharomyces cerevisiae) entsteht, zählt zu den primären Stoffwechselprodukten und ist daher im engeren Sinn nicht zu den Mykotoxinen zu zählen.

Nachweismethoden

Für die Mykotoxin-Analytik gibt es einige physikalisch-chemische Methoden:

Dünnschichtchromatographie (DC)
Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC)
Gaschromatographie (GC)
Kopplungen von HPLC und GC mit Massenspektrometern
Fluoreszenzpolarisation (FP)

Bei diesen Untersuchungen werden die Substanzen mit organischen Lösungsmitteln aus dem Untersuchungsmaterial herausgelöst und in aufwändigen Verfahren soweit gereinigt und konzentriert, dass ein eindeutiger Nachweis ohne störende Substanzen möglich ist. Die HPLC/MS- und GC/MS-Kopplungen ermöglichen sowohl die sichere Identifizierung als auch Quantifizierung der verschiedenen Mykotoxine. Zur Gaschromatographie werden in der Regel Derivate (z. B. Trimethylsilylderivate) eingesetzt.^[4] Bei Einsatz der HPLC/MS-Kopplung können auch underivatisierte Mykotoxine vermessen werden. Als Ionisierungsmethoden sind sowohl die Elektronenstoßionisierung (EI) als auch die Chemische Ionisierung (CI) mit Quadrupol- und Ionenfallen-Massenspektrometern möglich. Für die Schnellanalytik bei der Rohstoffannahme in Lebensmittel- und Futtermittelbetrieben (speziell für DON und ZEA) gibt es immunologischen ELISA-Verfahren und Mykotoxin-Streifentests („Dipsticks“), die nach der Methode von „Kapillardiffusionstests“ oder „flow-through-Tests“ arbeiten. Neuerdings gibt es außerdem homogene Rapid Kinetic Assays, welche als Präzisionsschnelltests eine genaue quantitative Bestimmungen in unter 15 Minuten ermöglichen.

Höchstmengenverordnungen

EU-weit gilt die Verordnung (EG) 1881/2006 der Kommission zur Festsetzung der Höchstgehalte für bestimmte Kontaminanten in Lebensmitteln vom 19. Dezember 2006.^[5]

Literatur

F. Frössel: Schimmelpilze in Wohnungen. Baulino Verlag, Waldshut-Tiengen 2006. ISBN 3-938537-18-3
L. Roth, H. Frank, K. Kormann: Giftpilze · Pilzgifte. Schimmelpilze · Mykotoxine. Vorkommen, Inhaltsstoffe, Pilzallergien. ecomed, Landsberg 1990. ISBN 3-609-64730-2
Rudolf Weber: Mycotoxine in Lebensmitteln, Chemie in unserer Zeit, 17. Jahrg. 1983, Nr. 5, S. 146-151, ISSN 0009-2851

Einzelnachweise

↑ Habermehl: Die Bedeutung von Mykotoxikosen für Mensch und Tier. in: Deutsche tierärztliche Wochenschrift 1989, S. 335–338.
↑ Thalmann: Bedingungen für die Bildung von Mykotoxinen in Futtermitteln. In: Deutsche tierärztliche Wochenschrift 1989, Vol 96, S. 341–343.
↑ Medienmitteilung der landwirtschaftlichen Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART.
↑ Melchert HU, Pabel E (2004): Reliable identification and quantification of trichothecenes and other mycotoxins by electron impact and chemical ionization-gas chromatography-mass spectrometry, using an ion-trap system in the multiple mass spectrometry mode – Candidate reference method for complex matrices. Journal of Chromatography A 1056: 195–199.
↑ Verordnung 1881/2006 zur Festsetzung der Höchstgehalte für bestimmte Kontaminanten in Lebensmitteln.

Weblinks

[1] Habermehl: Die Bedeutung von Mykotoxikosen für Mensch und Tier. in: Deutsche tierärztliche Wochenschrift 1989, S. 335–338.

[2] Thalmann: Bedingungen für die Bildung von Mykotoxinen in Futtermitteln. In: Deutsche tierärztliche Wochenschrift 1989, Vol 96, S. 341–343.

[3] Medienmitteilung der landwirtschaftlichen Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART.

[4] Melchert HU, Pabel E (2004): Reliable identification and quantification of trichothecenes and other mycotoxins by electron impact and chemical ionization-gas chromatography-mass spectrometry, using an ion-trap system in the multiple mass spectrometry mode – Candidate reference method for complex matrices. Journal of Chromatography A 1056: 195–199.

[5] Verordnung 1881/2006 zur Festsetzung der Höchstgehalte für bestimmte Kontaminanten in Lebensmitteln.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]