Проблемы медицинской микологии -2002-Том.4, №4

Токсигенные грибы в патологии человека

Рассмотрены токсигенные грибы и образуемые ими токсичные первичные и вторичные метаболиты. Обсуждена их роль в патологии человека. Сформированы задачи, подлежащие решению в ближайшем будущем.

Ключевые слова: апоптоз, грибы токсигенные, метаболиты, микозы, микотоксикозы, микромицеты, яды

Toxigenic fungi in the man's pathology

The toxigenic fungi and the toxic primary and secondary metabolites have been examined. It was discussed their role in a pathology of man. Problems which must subjects to solve in the nearest future are formulated.

Key words: apoptosis, metabolites, micromycetes, mycoses, mycotoxicoses, poisons, toxigenic fungi

Способность образовывать токсины присуща определенным группам макро- и микромицетов, например, бледной поганке (Amanita phalloides), красному мухомору (Amanita muscaria), желтому аспергиллу (Aspergillus flavus), различным видам фузариев (Fusarium sporotrichoides = F. tricinctum, F. nivale) и т.д.

Большинство грибных токсинов, или микотоксинов, относят к вторичным метаболитам, биосинтез которых происходит с участием ферментов первичных метаболитов [1]. Следовательно, микотоксины не являются продуктами матричного синтеза в клетках грибов (Рис. 1).

При употреблении пищевых продуктов, загрязненных такими ядами, или в случаях заметной обсемененности продуктов токсигенными грибами возможны отравления  (микотоксикозы) вплоть до летальных исходов.

Эксперты ФАО (Food Agriculture Organisation) считают, что 25% урожая зерновых культур ежегодно загрязняются микотоксинами [2]. Это означает, что токсигенные грибы наносят огромный вред сельскому хозяйству, равно как и здоровью людей в различных регионах земного шара.

Медицинские микологи знают, что, наряду с токсигенными грибами, в природе существуют патогенные и условно-патогенные грибы, также способные образовывать токсичные метаболиты, которые могут быть ферментной природы, то есть первичными метаболитами, или небелковыми структурами – вторичными метаболитами. В качестве примеров можно назвать Aspergillus fumigatus, способный образовывать глиотоксин  [1] (вторичный метаболит) и также антигенноактивный фермент (первичный метаболит), как пептидилпептидоза и каталаза [3, 4], аспарагиновая протеиназа [5].

Условно-патогенный криптококк – возбудитель криптококкоза – образует первичные метаболиты – уреазу, лакказу и фосфолипазу, а также – вторичные метаболиты – экзогликан (ксилоглюкурономаннан) и меланин, являющиеся признанными факторами агрессии [6, 7] и др.

Названные токсины у разных грибов, включая условные патогены, сложно четко разграничить при возникновении микозов у пациентов с иммунодефицитами, особенно индуцируемых микромицетами – ассоциантами, например Aspergillus fumigatus и A. flavus (mixt-микоз).

К настоящему времени в качестве возбудителей аспергиллеза называют 23 вида аспергиллов, из которых наиболее часто описывают: A. amstelodamii, A. candidum, A. carneus, A. clavatus, A. conicus, A. deflectus, A. fischeri, A. flavipes, A. flavus, A. fumigatus, A. nidulans, A. niger, A. niveus, A. ochraceus, A. oryzae, A. parasiticus, A. repens, A. restrictus, A. ruber, A. sydawi, A. terreus, A. ustus, A. versicolor; из них чаще других появляются в научных публикациях A. fumigatus [8].

Можно предполагать, что генетическое родство видов рода Aspergillus предопределяет сходство их физиологических проявлений при индукции патологических процессов in vivo. С определенной очевидностью это можно экстраполировать и на другие роды микромицетов, способных в определенных условиях инициировать микологические заболевания, например Fusarium, Paecilomyces, Penicillium, Scedosporium и др.

Необходимо также учитывать и такие возможности микромицетов-патогенов, как адаптация к новым условиям существования в инфицированном макрорганизме (табл. 1), а также их диапазон естественной и/или индуцированной мутационной изменчивости. При этом особое значение приобретают ts-мутации, то есть когда гриб, ранее относившийся к сапротрофам, неспособным выживать при температуре выше 30-34⁰С, оказывался мутантом, развивающимся in vivo при температуре 37⁰С и даже выше. Подобные случаи описаны в литературе, например, в публикации   [9].

Таблица 1.

Группы микромицетов, способных вызвать заболевания у людей

К сожалению, в практической работе с грибами-патогенами фактически не определяют токсигенность изолятов возбудителей микозов, хотя их штаммные различия могут быть заметно выраженными.

При заметной продукции нефротоксичного глиотоксина и «агрессивных» протеолитических ферментов дымчатым аспергиллом состояние пациента, страдающего, например, от аспергиллеза легкого (-их), когда названный гриб оказался этиопатогеном, существенно отягощается. А если в подобной ситуации у больного имеет место mixt–микоз, при котором обнаруживают ассоциацию A. fumigatus и A. flavus, то при запоздалом диагнозе и несвоевременном и неадекватном лечении пациент может умереть.

Афлотоксинам (теперь их известно 16) присущи такие эффекты на макроорганизм, как  мутагенность, канцерогенность, тератогенность, гепатотоксичность. Первичный рак печени у человека возможен, например, в тех случаях, когда афлотоксин  регулярно поступает в организм с пищей в дозе 500 мкг/кг массы тела.

Если в недалеком прошлом считали, что афлотоксины образует лишь вид A. flavus, то к настоящему времени доказано, что подобной функцией обладают A. parasiticus, A. glaucus, A. niger, Penicillium citrinum, P. digitatum  и др.

Важность определения некоторых токсинов в различных продуктах, зерновом сырье для пивоварения и т.п. сравнительно давно признана во многих странах мира. Разработаны соответствующие методы и определены допустимые уровни содержания микотоксинов в продовольственном сырье и пищевых продуктах для человека (табл.2).

Таблица 2.

Допустимые уровни содержания некоторых микотоксинов в зерне и пищевых продуктах

Микотоксин	Токсичность, мкг/кг массы тела в день	Объект контроля	Допустимый уровень, мг/кг
Афлатоксин В1	?	Пищевые продукты на зерновой основе. Продукты детского питания на зерновой основе.	0,005 Не допускается <0,005
Дезоксиниваленол	1,0	Пищевые продукты на зерновой основе. Продукты детского питания на зерновой основе.	0,7 (пшеница), 1,0 (ячмень). Не допускается <0,005
Зеараленон	0,2	Пищевые продукты на зерновой основе. Продукты детского питания на зерновой основе.	1,0; 0,2 (крупы, мука) Не допускается <0,005
Охратоксин А	0,005	Неочищенное зерно. Очищенное зерно.  Продукты детского питания на зерновой основе.	5,0 3,0 0,001
Фумонизины	2,0	Кукуруза и пищевые продукты на ее основе. Продукты детского питания на основе кукурузы.	0,5 0,1

различные виды пенициллов, нередко обнаруживаемые на рисе, образуют так называемые полиядерные оксихиноны («токсины пожелтевшего риса»), обладающие выраженной гепатотоксичностью (ругулозин, или руброскирин и лютеоскрин).

а. (R=H), руброскирин (ругулозин) б. (R=OH), лютеоскирин

 

В таблице 3 приведены выборочные данные об эффектах отдельных микотоксинов на макроконидиях. Из таблицы также следует, что один и тот же микромицет может образовывать более одного токсина (некоторые аспергиллы, фузарии, пенциллы).

Таблица 3.

Токсины грибов и их действие на макроорганизм

№ п/п	Микромицет – продуцент микотоксина	Микотоксин	Основные эффекты действия токсина на макроорганизм
1.	Aspergillus candidum	Патулин Треморген Цитринин	Гепато–, нейро– и нефротоксичность, канцерогенность, отек легких, антидиуретический Нейротоксичность, индукция сарком в подкожных тканях Гипотензия, нейротоксичность, канцерогенность
2.	A. clavatus	Треморген Цитохалазины	Нейротоксичность, индукция сарком в подкожных тканях Повреждения нервно-мышечных тканей, торможение фагоцитоза и пиноцитоза, энуклеация клеток
3.	A. flavus	Афлатоксины	Мутагенность, канцерогенность, тератогенность, гепатотоксичность
4.	A. fumigatus	Глиотоксин	Нефротоксичность
5.	A. giganteus	Глиотоксин	Нефротоксичность
6.	A. niveus	Патулин Цитринин	Гепато–, нейро– и нефротоксичность, канцерогенность, отек легких, антидиуретический Гипотензия, нейротоксичность, канцерогенность
7.	A. ochraceus	Охратоксины	Нейро– и нефротоксичность, жировая инфильтрация печени
8.	A. terreus	Патулин Цитринин	Гепато–, нейро– и нефротоксичность, канцерогенность, отек легких, антидиуретический Гипотензия, нейротоксичность, канцерогенность
9.	A. versicolor	Стеригматоцистин	Гепато– и нефротоксичность, канцерогенность
10.	Fusarium graminearum	Дезоксиниваленол (волитоксин, ДОН)	Раздражение конъюнктивы, кожи, цитотоксичность, иммуносупрессивность, нейротоксичность
11.	F. nivale	Ниваленол	Дегенерация и некроз слизистой оболочки в тонкой кишке (особенно в двенадцатиперстной и тощей кишках), дегенеративные и деструктивные изменения лимфоузлов, селезенки и тимуса, повреждения гемопоэтических клеток и тканей в костном мозге; гепато–, нейро– и нефротоксичность, канцерогенность и др.
12.	F. sporotrichoides (F. tricinctum)	Фузариогенин	Сужение кровеносных сосудов, питающих хрящи и метафизы
13.	Penicillium citreo–viride	Цитреовиридин	Параличи с возможным летальным исходом за счет нарушения функции дыхательного центра
14.	P. citrinum	Цитринин	Гипотензия, нейро– и нефротоксичность
15.	P. lividum	Цитринин	Гипотензия, нейро– и нефротоксичность
16.	P. expansum	Патулин	Гепато–, нейро– и нефротоксичность, канцерогенность, отек легких, антидиуретический
17.	P. patulum	Патулин	Гепато–, нейро– и нефротоксичность, канцерогенность, отек легких, антидиуретический

Вследствие повсеместного (убиквотного) распространения многих видов фузариев,  в том числе продуцентов токсинов, считаем целесообразным привести химические структуры двух метаболитов – ниваленола (нивалина) и сходного с ним Т–2 токсина. Первый образуется F. nivale, второй – F. sporotrichoides.

Отметим, что некоторые фузарии могут вызвать заболевание здоровых лиц и лиц с иммунодефицитами.

Из других микромицетов токсигенностью обладают виды из родов Alternaria, Cladosporium, Helmintosporium, Paecilomyces, Sporodesmium  и др. Кроме того, некоторые первичные метаболиты, образуемые отдельными видами и штаммами вышеназванных грибов, являются выраженными аллергенами, например, энолазы A. alternata и C. herbarum, выделенные в кристаллической форме; установлено, что в гене энолазы есть два интрона [10]. P. varioti  образует вторичный метаболит – виридитоксин.

Аллергенами у Candida albicans  являются первичные метаболиты – алкогольдегидрогеназа и кислый Р2–протеин. Определенный вклад в развитие патогенеза при кандидозе могут вносить образуемые этим видом гемолизин и эндотоксин, протеазы и липофосфорилазы.

В последнее десятилетие все чаще изолируют от больных кандидозом виды и штаммы Candida, отличающиеся от широко известных Candida albicans, C. tropicalis, C. guilliermondii  и некоторых других по отдельным физиологическим признакам (табл.4).  

Более того, виды C. dubliniensis и C. africana  являются новыми [11, 12]. Здесь полезными оказываются и методы генотипирования [12]. В тех лабораториях, где проведение подобного анализа трудно выполнимо по разным причинам, можно воспользоваться дифференцирующими признаками, приведенными в  таблице 4. 

В патогенезе глубоких микозов, протекающих хронически, отмечают процессы отмирания клеток пораженного органа или ткани. Возможно, что процессы как–то перемежаются с апоптозом – запрограммированной смертью клетки (–ок) или ее (их) суицидом, когда активизируются внутриклеточные цистеиновые протеазы, соответствующие каспазы и ДНК, обеспечивающие исчезновение клетки в пределах 20 минут.

Апоптоз весьма консервативен у всех Metazoa и предназначается для постоянного регулирования числа клеток в организме путем удаления ненужных, поврежденных, зараженных и прочих потенциально опасных клеток. Существует семейство генов – ингибиторов апоптозза (ИАП). ИАП – белки найдены у представителей многих эукариотических организмов, начиная с грибов и заканчивая млекопитающими. Эти белки блокируют апоптоз физически, ассоциируясь с инициаторной и эффекторной каспазами, упреждая их протеолиз и ферментную активность.

Апоптоз важен для поддержания гомеостаза в макроорганизме, в его функционирующих органах и тканях, поэтому в настоящее время  признают тот факт, что дефекты в процессе апоптоза являются критическими для патогенеза многих заболеваний человека [13].

Таким образом, токсические вторичные и первичные метаболиты, несомненно, приносят «свой вклад» в патогенез микотических процессов. Поэтому в ряде случаев (с учетом видовой принадлежности патогена) необходимо изучение токсигенности возбудителя–изолята от пациента.

До сих пор недостаточно изучена проблема ассоциативных взаимоотношений токсигенных грибов с представителями нормобиоты человека in vitro и in vivo, равно, как и с другими токсигенными микромицетами.  

Углубленные исследования необходимы по выяснению наличия и роли апоптоза в регулировании численности популяций микромицетов в различных условиях их существования и каков генетический уровень такого регулирования.

С учетом природной среды обитания токсигенных микромицетов следует обращать особое внимание на возможность их присутствия в среде возбудителей нозокомиальных инфекций.

Врачам–микологам–лаборантам, а также клиническим микологам необходимо знать токсигенные грибы, способные вызывать микотоксикозы в «чистом виде» и те микромицеты, которые являются патогенами и условными патогенами, продуцирующими токсины наряду с другими факторами агрессии и патогенности.  

Литература

1. Елинов Н.П. Химическая микробиология.– М.: Высшая школа, 1989.– С.202–204.
2. Муно Ф., Ланг С., Ван Хов Ф. Фумонизины: микотоксины, продуцирующие Fusariumspecies из комплекса Gibberellafujikuroi (секция Liseola) // Ж. Проблемы медицинской микологии.– 2002.– Т.4, № 3.– С. 35–38.
3. Latge J.P., Beauvais A., Paris S., et al.Aspergillus fumigatus, pathogen or saprophyte? // 13^th ISHAM. Salsomaggiore Terme, Parma, Italy, June 8–13. Abstracts invited symposium, 1997. – P. 58.
4. Takasuka T., Anderson M.J., Arisawa M., et al. Possible contribution of catalase to pathogenicity of Aspergillus fumigatus // 13^th ISHAM. Salsomaggiore Terme, Parma, Italy, June 8–13. Abstracts invited symposium, 1997. – P. 81.
5.  Reichard U., Ruchel. Zellwand – assoziierte Hydrolasen von Hefe– und Schimmelpilzen // 31  Wissenschaftliche Tagung der  Deutschsprachigen Mykologischen Gesselschaft Myk’97, September 18–21, 1997. Univesitatsklinikum der RWTH, Aachen.
6. Vasilyeva N.V., Thileva Ye.A., Michaylova M.A., et al. Chlorognine activity against Cryptococcus neoformans in vivo // 5^th International Conference “Cryptococcus and Cryptococcosis”, March 3–7, Adelaida, Australia, 2002.– P. 186.
7. Chang Y.C. and Kwon–Chung K.J. The genes affecting virulence traits// 5^th International Conference “Cryptococcus and Cryptococcosis”, March 3–7, Adelaida, Australia, 2002. – P. 134.
8. Елинов Н.П., Митрофанов В.С., Чернопятова Р.М. Аспергиллезная инфекция; подходы к ее диагностике и лечению // Ж. Проблемы медицинской микологии.– 2002.– Т.4, № 1.– С. 4–16.
9. PestovaL.A., BogomolovaT.S., KlimkoN.N., etal. Successful treatment of Aureobasidium pullulans fungemia in a child with neuroblastoma // Trends in Invasive Fungal Infections. Abstr. of Conference. June 2001, Czech Republic.– P.35.
10.  Breitenbach M. Bedeitung zy IgE–abhangigen allergischen Reactionen auf Enolasen der Schimmelpilze // 31  Wissenschaftliche Tagung der  Deutschsprachigen Mykologischen Gesselschaft Myk’97, September 18–21, 1997. Univesitatsklinikum der RWTH, Aachen.
11. Moran G.P., Sanglar D. and Coleman D.C. Analysis of efflux mediated fluconazole resistance mechanisms in Candida dubliniensis // 4^th Congress of ECMM. May 11–13, 1998. Glasgow.– P.4.
12. Титц Х.–Й., Хопп М., Шмарлек А. и др. Candidaafricanasp.nov., новый патогне человека или вариант Candidaafricans? // Ж. Проблемы медицинской микологии.– 2002.– Т.4, № 1.– С. 31–38.
13. Altieri D.C. Survivin and the molecular diagnosis of cancer // CLI.– 2001.– Vol. 25, N 2.– P. 10–12.