CC BY
7
DOI 10.31588/2413-4201-1883-247-3-256-261
УДК: 619:615.9:636.5
ИЗУЧЕНИЕ СОРБЦИОННОЙ АКТИВНОСТИ БИОСОРБЕНТОВ ПО ОТНОШЕНИЮ
К ФУМОНИЗИНУ В1
Тарасова Е.Ю. - к.б.н., с.н.с., Садыкова А.Ш. - аспирант, Мишина Н.Н. - к.б.н., в.н.с., Потехина Р.М. - к.б.н., в.н.с., Ерошин А.И. - аспирант, Ерохондина М.А. - м.н.с.
ФГБНУ «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности»
Ключевые слова: микотоксин, фумонизин В1, адсорбция, десорбция, биосорбент, бентонит, цеолит, Ветохит, Заслон
Keywords: mycotoxin, fumonisin B1, adsorption, desorption, biosorbent, bentonit, zeolite, Vetohit, Zaslon
Микотоксины представляют собой сложные органические соединения, вырабатываемые в результате
метаболических процессов нитчатыми грибами разных родов, например, Fusarium, Aspergillus и Penicillium [3, 7]. В настоящее время известно около 300 метаболитов, оказывающих неблагоприятное
воздействие на живые организмы, включая животных и человека [13]. Наиболее важными классами микотоксинов, которые нежелательны в пищевых продуктах и кормах, являются афлатоксины, трихотецены, зеараленон, охратоксины и фумонизины. Большинство микотоксинов представляют серьезную опасность даже при очень низких концентрациях и, как сообщается, являются высокотоксичными и канцерогенными [6].
Загрязнение пищевых продуктов и кормов микотоксинами - серьезная глобальная проблема, которая приводит к значительным экономическим потерям [5]. Присутствие микотоксинов связано с грибковой инфекцией
сельскохозяйственных культур, особенно наблюдаемой в отношении зерновых, например, кукурузы, ячменя, пшеницы, ржи и овса [8]. Это вызывает проблемы со здоровьем, включая хронические заболевания, приводящие к патологии печени, иммунологическим эффектам, расстройствам пищеварения,
репродуктивным и метаболическим нарушениям.
Фумонизин В1, конгенер
фумонизинов, продуцируемых грибами Fusarium verticillioides и F. proliferatum, является наиболее распространенным, а также наиболее токсикологически значимым фумонизином [14]. Воздействие фумонизина В1 приводит к развитию рака пищевода и печени, подавлению иммунной системы, дефектам нервной трубки, нефротоксичности и другим аномалиям [15]. Таким образом, воздействие фумонизина на человека и животных в последнее время вызывает серьезную озабоченность.
Неблагоприятное воздействие микотоксинов и их негативное влияние на рынок пищевых продуктов привело к разработке различных стратегий профилактики и обеззараживания [4, 9]. Одна категория подходов включает физические методы (например, сортировку, разделение, промывку или облучение) и химическую обработку (использование оснований и окислителей). Другая категория включает обеззараживание с использованием адсорбентов, которые потенциально могут быть включены в рацион животных. Такие материалы, обладающие адсорбционными свойствами, могут снижать биодоступность токсинов за счет их иммобилизации. К ним относятся микро- и наноразмерные минералы и неминеральные частицы, например, глинистые минералы, цеолиты,
активированный уголь и их производные [1, 2, 11].
В последнее время технология
биосорбции появилась как
предпочтительная альтернатива обычным адсорбирующим материалам, с
потенциальными преимуществами низкой стоимости, большей рентабельности, практичности и хорошей эффективности. В биосорбентах на матрицы (в нашем случае бентонит и цеолит) иммобилизируют микробные клетки почвенных сапрофитов B. mucilaginosus или P. mucilaginosus, которые продуцируют экзополисахариды, увеличивающие сорбционную емкость матрицы в 3 раза из-за присутствия в полисахаридах достаточного количества карбоксильных групп [10].
Целью настоящей работы являлась оценка потенциальных защитных эффектов биосорбентов на основе бентонита и цеолита по отношению к фумонизину В1 in vitro в сравнении с коммерческими препаратами, используемыми в настоящее время в животноводстве.
Материал и методы исследований. Методика определения адсорбционной емкости описана ранее в работе Тарасовой Е.Ю. [12] и включает последовательную инкубацию при различных значениях pH (2; 8) и температуре в условиях in vitro. Первым смоделированным отделом желудочно-кишечного тракта являлся желудок (pH -2,0), далее кишечник (pH - 8,0). В эксперименте in vitro фумонизин Bi (Sigma - Aldrich) использовали в концентрации 0,001 % по отношению к адсорбенту. Эксперименты по адсорбции проводили в трех повторностях с использованием буферных растворов. Количество фумонизина В1, связанного адсорбентами, рассчитывали по разнице между начальной и конечной концентрациями фумонизина Bi в супернатанте. Для определения адсорбционной способности исследуемых сорбентов по отношению к фумонизину В1 моделировали условия желудочно-кишечного тракта. На первой стадии 10 мкг фумонизина В1 в водно-спиртовом растворе и исследуемые сорбенты (10 мг) вводили в среду, имитирующую условия желудка (рН 2, 37±0,2 °C, 30 мин), затем центрифугировали и отбирали первый супернатант. Образовавшийся комплекс
помещали в среду, имитирующую условия кишечника (рН 8,37±0,2 °С, 30 мин), затем центрифугировали и отбирали второй супернатант.
В супернатантах от каждой стадии имитации желудочно-кишечного тракта методом иммуноферментного анализа с помощью набора «RГОASCREEN® FUMONISIN» (R-Biopharm) количественно определяли фумонизин В1.
При получении потенциальных адсорбентов использовали штамм 574 бактерии P.mucilaginosus, который является эффективным продуцентом
экзополисахаридов. Глубинное
культивирование культуры осуществляли на жидкой питательной среде, содержащей мелассу и кукурузный экстракт, при непрерывном перемешивании в течение 3 суток. По окончании культивирования получили (2±0,5) г/л биомассы и (8,5±0,5) г/л экзополисахаридов, число выживаемых клеток не менее 108 КОЕ/мл. В качестве носителя использовали стерилизованные бентонит и цеолит, а также обожженные бентонит и цеолит (высушенные при температуре 1000 °С). Данные материалы смешивали с культуральной жидкостью (КЖ), соотношение «носитель:КЖ» в
соответствии «4:3». После этого культуру выдерживали в термостате при температуре (30,0±1) °С в течение 5-6 ч. Далее потенциальные адсорбенты высушивали при температуре (60,0±1) °С в течение 24 ч. Таким образом, в опыте использованы следующие образцы биосорбентов: образец № 1 получен на основе внеклеточных полисахаридов, синтезируемых штаммом 574 бактерии Р. mucilaginosus и обожженного бентонита; образец № 2 получен на основе внеклеточных полисахаридов, синтезируемых штаммом 574 бактерии P.mucilaginosus и цеолита; образец № 3 получен на основе внеклеточных полисахаридов,
синтезируемых штаммом 574 бактерии Р. mucilaginosus и бентонита; образец № 4 получен на основе внеклеточных полисахаридов, синтезируемых штаммом 574 бактерии Р. mucilaginosus и обожженного цеолита.
В качестве препаратов сравнения использовали коммерческие кормовые добавки Ветохит (ООО ПТК «Питербио») -образец № 5 и Заслон (ООО «БИОТРОФ», Санкт-Петербург) - образец № 6. Ветохит включает композицию натуральных компонентов - органических кислот, пектина из морских трав Zosteraceae, природных минералов, лигнано-силибинового и хитин-хитозанового комплексов. Заслон представляет собой адсорбент-нейтрализатор микотоксинов, состоящий из синергетической смеси минералов органического происхождения, эфирных масел и штамма бактерий Bacillus subtilis.
Результат исследований.
Наивысшие значения адсорбции фумонизина В1 при рН 2 составили (97,1±0,9) % у биосорбента № 1, полученного на основе внеклеточных полисахаридов, синтезируемых штаммом 574 бактерии P.mucilaginosus и обожженного бентонита. Сорбция
фумонизина В1 другими испытываемыми образцами была ниже этого показателя на 8,6; 5,4; 6,3; 2,8; 7,7 % соответственно у 2; 3; 4; 5 и 6 адсорбентов (Рисунок 1).
Результаты исследования десорбции показали, что Заслон при смене рН с кислой на щелочную образовывал самый непрочный комплекс с фумонизином В1, потери которого составили 8,1 %. Образец № 4 был наиболее эффективным в прочном связывании с фумонизином В1. Значения десорбции представлены в таблице 1.
Показатели истинной сорбции представлены на рисунке 2.
Из рисунка 2 видно, что максимальная эффективность удаления фумонизина В1 достигнута при использовании биосорбента на основе высушенного при 1000 °С бентонита и бактерии P.mucilaginosus, а также коммерческого адсорбента Ветохит. Эффективность удаления фумонизина В1 составила соответственно 9,43 и 9,09 мкг.
9,43
м к г
9,08
8,85
8,94
10 9,8 9,6 9,4 9,2 9 8,8 8,6 8,4 8,2
12 3
Рисунок 1 - Адсорбция фумонизина В1 in vitro (pH 2)
Таблица 1 - Характеристика десорбционной способности испытываемых адсорбентов
Образец Десорбция, %
Обожженный бентонит + внеклеточные полисахариды, синтезируемые штаммом 574 бактерии Р. mucilaginosus 2,8±0,1
Цеолит + внеклеточные полисахариды, синтезируемые штаммом 574 бактерии Р. mucilaginosus 2,5±0,1
Бентонит + внеклеточные полисахариды, синтезируемые штаммом 574 бактерии Р. mucilaginosus 3,4±0,2
Обожженный цеолит + внеклеточные полисахариды, синтезируемые штаммом 574 бактерии Р. mucilaginosus 1,8±0,1
Ветохит 5,2±0,4
Заслон 8,1±0,8
100 95 90 % 85 80 75 70
1 2 3 4 5
Рисунок 2 - Истинная адсорбция фумонизина В1 in vitro (pH 8)
Заключение. Таким образом, у всех изучаемых образцов наивысшая адсорбция была обнаружена при pH 2. Из-за действия фумонизина В1, как «промотора» опухолевых очагов рака печени и последующего усиления печеночной канцерогенности афлатоксина B1, популяции, потребляющие продукты, загрязненные афлатоксином В1 и фумонизином B1 могут подвергаться повышенному риску развития
гепатоцеллюлярной карциномы.
Следовательно, интервенционная терапия для предотвращения заболеваний печени и рака, вызванных микотоксинами, должна быть приоритетной. Результаты этого исследования показывают значительный потенциал разработанных биосорбентов в качестве адсорбентов микотоксинов, однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы уточнить
компоненты, которые участвуют в биосорбции микотоксинов, и подтвердить их эффективность in vivo. Установлено, что биосорбент, полученный на основе внеклеточных полисахаридов и
обожженного бентонита эффективно снижает биодоступность фумонизина В1 in vitro, степень адсорбции составляет 94,3 %.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Алеев, Д.В. Оценка качества куриного мяса при использовании сорбентов на фоне воздействия имидаклоприда / Д.В. Алеев, К.Ф. Халикова, Г.Р. Ямалова // Вопросы нормативно-правового регулирования в ветеринарии. - 2020. - № 1. - С. 212-213.
2. Барышев, В.А. Повышение эффективности современных сорбентов / В.А. Барышев, О.С. Попова,
A.В. Свиридова // Международный вестник ветеринарии. - 2017. - № 2. - С. 13-16.
3. Баскова, Е.Ю. Применение энтеросорбентов на основе нанотехнологий для борьбы с микотоксикозами животных / Е.Ю. Баскова // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. - 2008. - Т. 192. - С. 234.
4. Галяутдинова, Г.Г. Диагностика, поиск средств лечения и профилактики сочетанного отравления крупного рогатого скота пестицидами и микотоксином / Г.Г. Галяутдинова, А.В. Маланьев,
B.И. Егоров // Вопросы нормативно-правового регулирования в ветеринарии. -2020. - № 1. - С. 218-219.
5. Идиятов, И.И. Сочетанное воздействие малых доз диоксина и Т-2 токсина на организм поросят и пути коррекции / И.И. Идиятов // автореферат дис. кандидата биологических наук / Федеральный центр токсикологической и радиационной безопасности животных. -Казань, 2013. - 19 с.
6. Идиятов, И.И. Цитотоксическая активность Т-2 токсина к перевиваемым культурам клеток эпителия легкого эмбриона крупного рогатого скота / И.И. Идиятов, Л.Р. Валиуллин, В . В. Бирюля [и др.] // Гены и Клетки. -2017. - Т. 12. - № 1. - С. 41-46.
7. Матросова, Л.Е. Ветеринарно-санитарная экспертиза мяса свиней при
6
афлатоксикозе / Л.Е. Матросова, Э.И. Семенов, С.А. Танасева [и др.] // Мясная индустрия. - 2015. - № 5. - С. 5152.
8. Матросова, Л.Е. Мониторинг микроскопических грибов в сельскохозяйственной продукции Республики Татарстан / Л.Е. Матросова, О.К. Ермолаева, А.А. Иванов // Ветеринарный врач. - 2009. - № 3. - С. 5253.
9. Матросова, Л.Е. Профилактическая эффективность пробиотика при Т-2 токсикозе / Л.Е. Матросова // Вопросы нормативно-правового регулирования в ветеринарии. -2009. - № 4. - С. 55-56.
10. Няникова, Г.Г. Биологические свойства экзополисахаридов Bacillus mucilaginosus / Г.Г. Няникова, Е.Я. Виноградов, О.В. Пестова // Сборник тезисов докладов научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы биотехнологии и медицины», 19-20 апреля 2000 г. - СПб. -2000. - С. 45-46.
11. Танасева, С.А. Влияние цеолита
и шунгита на содержание витамина А в организме цыплят-бройлеров при микотоксикозе / С.А. Танасева, О.К. Ермолаева, Л.Е. Матросова [и др.] // Ветеринария. - 2020. - № 12. - С. 51-54.
12. Тарасова, Е.Ю. Изыскание средств для лечения животных при Т-2 микотоксикозе: автореф. дис. ... канд. биол. наук: 06.02.03, 06.02.02 / Тарасова Евгения Юрьевна. - Казань, 2010. - 23 с.
13. Тремасов, М.Я. Микотоксины -реальная угроза продовольственной безопасности / М.Я. Тремасов, А.В. Иванов, Е .Ю . Тарасова // Вестник ветеринарии. -2013. - № 2 (65). - С. 78-80.
14. Matusik, J. Fumonisin B1 interaction with mg-al and mg-fe layered double hydroxides: Removal efficiency and mechanisms / J. Matusik, Y. Deng // Materials. - 2020. - № 13 (19). - Р. 1-17.
15. Xue, K.S. Modulation of preneoplastic biomarkers induced by sequential aflatoxin B1 and fumonisin B1 exposure in F344 rats treated with UPSN clay / K.S. Xue, G. Qian, S. Lin [et al.] // Food and Chemical Toxicology. - 2018. - № 114. - Р. 316-324.
ИЗУЧЕНИЕ СОРБЦИОННОЙ АКТИВНОСТИ БИОСОРБЕНТОВ ПО ОТНОШЕНИЮ К
ФУМОНИЗИНУ В1
Тарасова Е.Ю., Садыкова А.Ш., Мишина Н.Н., Потехина Р.М., Ерошин А.И.,
Ерохондина М.А.
Резюме
Целью исследования являлась оценка эффективности четырех биосорбентов в сравнении с коммерческими адсорбентами Ветохит и Заслон в уменьшении токсических эффектов фумонизина В1. Проводили количественное определение фумонизина В1 в супернатантах от имитации пищеварения в разных отделах желудочно-кишечного тракта методом иммуноферментного анализа с помощью набора «RIDASCREEN® FUMONISIN» (R-Biopharm). Результаты исследования in vitro (pH 2,0, 8,0) показали, что образец № 1, полученный на основе внеклеточных полисахаридов, синтезируемых штаммом 574 бактерии P.mucilaginosus и обожженного бентонита адсорбировал больше фумонизина В1, чем другие биосорбенты и коммерческие препараты (9,43 мкг против 8,60, 8,83, 8,90, 9,09 и 8,13 мкг соответственно). Это позволяет предположить, что разработанные биосорбенты являются эффективными в снижении токсических эффектов фумонизина В1.
STUDY OF SORPTION ACTIVITY OF BIOSORBENTS IN RELATION TO FUMONISIN B1
Tarasova E.Yu., Sadykova A.Sh., Mishina N.N., Potekhina R.M., Eroshin A.I., Erokhondina M.A.
Summary
The aim of this study was to evaluate the effectiveness of four biosorbents in comparison with commercial adsorbents Vetohit and Zaslon in reducing the toxic effects of fumonisin B1. Quantitative determination of fumonisin B1 in supernatants from simulated digestion in different parts of the gastrointestinal tract was carried out by enzyme-linked immunosorbent assay using the RIDASCREEN® FUMONISIN kit (R-Biopharm). In vitro studies (pH 2.0, 8.0) showed that sample № 1, obtained on the basis of extracellular polysaccharides synthesized by strain 574 of the bacterium P. mucilaginosus and calcined bentonite, adsorbed more fumonisin B1 than other biosorbents and commercial preparations (9.43 versus 8.60, 8.83, 8.90, 9.09 and 8.13 p,g, respectively). This suggests that the developed biosorbents are effective in reducing the toxic effects of fumonisin B1.
