Universidad Jurez del Estado de DurangoFacultad de ciencias qumicas

Unidad VIIEpidemiologia de las enfermedades de origen alimenticio

Microbiologa de alimentos

Fumonisinas

Alumno.- Jos Luis Urban Martnez

Maestra.- DC. Angelica Martell Nevarez

ndice1.-Introduccin32.-Caractersticas del agente patgeno que produce la enfermedad42.1.-Modelos con base climtica predictivos de la enfermedad52.2.-Cncer en humanos52.3.-Defectos del tubo neural (DTN)53.-Modo de transmisin63.1.- Formacin en el alimento63.2.-Alimentos a considerar73.3.-Intoxicacin alimentaria74.-Epidemiologa74.1.-Incidencia y concentracin de fumonisinas en los alimentos74.2.-Situacin en Mxico84.3.-Relevancia de la contaminacin de fumonisina en Mxico105.-Mtodos de deteccin a partir de los alimentos105.1.-Mtodos basados en la utilizacin de medios de cultivo diferenciales105.2.-Mtodos basados en tcnicas cromatograficas105.3.-Mtodos basados en tcnicas inmunolgicas106.-Profilaxis116.1.-Medidas de control y prevencin en la cadena alimentaria116.2.-Tratamientos de reduccin127.-Bibliografa y fuentes13

1.-Introduccin

Los hongos comunes pueden producir en su metabolismo sustancias txicas denominadas micotoxinas. Por consenso general esta denominacin se suele restringir a las toxinas producidas por aquellos hongos micomicetos filamentosos que se desarrollan sobre alimentos y, a travs de los cuales, transmiten sus metabolitos a los animales y seres humanos que los ingieren.Las micotoxinas suelen ser metabolitos secundarios formados en el metabolismo normal asociado con el crecimiento del hongo, que generalmente se producen, aunque no de modo exclusivo cuando este madura. Por su actividad metablica especfica, algunos mohos originan unas estructuras intermedias, a partir de una serie de sustratos, que luego se transforman en la micotoxina correspondiente.Su principal peligro potencial reside en la imposibilidad de ser detectadas biolgicamente en la dieta humana o animal. Se trata de molculas relativamente pequeas, que apenas pueden ser detectados por los sistemas inmunes. Cuando el txico alcanza el tracto gastrointestinal puede atravesar su mucosa, y fijarse a los receptores de sus rganos dianas, con enlaces mas o menos fuertes (hgado, rin, sangre, tejido nervioso).Muchos de los hongos toxignicos tienen una relacin ecolgica con las materias alimenticias y, por tanto no pueden extraar su omnipresencia en el mbito de los alimentos. Las poblaciones fngicas naturales asociadas con mayor frecuencia a productos alimenticios, corresponden a tres de los gneros ms importantes de hongos micomicetos filamentosos: Aspergillus, Penicillium, Fusarium. Las especies del tercer gnero suelen estar relacionadas con aquellos cereales y legumbres recolectados, sobre cuyas cosechas el desarrollo de estos mohos han resultado ser unos patgenos devastadores.

2.-Caractersticas del agente patgeno que produce la enfermedad

Las fumonisinas son una familia de micotoxinas que contaminan al maz y son producidas principalmente por los hongos F.moniliforme , F.proliferatum y F. verticillioides ,durante el cultivo y almacenamiento del grano. Hasta la dcada de los aos setenta no se haba sospechado el importante papel de los mohos del genero Fusarium, en cuanto a productores de micotoxinas.El gnero fusarium posee una amplia distribucin tanto en suelos como en sustratos orgnicos. Presenta especies fitopatgenas, que causan graves enfermedades principalmente en los cereales, aunque puede afectar a otros vegetales y frutas. Su importancia no se debe tan solo a la prdida de las cosechas, sino tambin a la elaboracin de micotoxinas. Estas pueden estar presentes en los cereales y sus productos, produciendo sndromes de intoxicacin en animales y llegando a la cadena alimenticia de los humanos. Se considera que Fusarium es el gnero productor de toxinas de mayor prevalencia en las regiones templadas del hemisferio norte y se encuentra habitualmente en cereales cultivados en regiones templadas de Amrica, Europa y Asia.Pueden estar presentes en granos de cereales asintomticos y se encuentran en cereales y sus productos. La principal caracterstica del gnero es la presencia de conidios hialinos, curvados, fusiformes y septados denominados macroconidios. El color que desarrollan depende de la especie, y puede ser blanco, crema, rojo, purpura, etc. El medio agar papa glucosado es el ms utilizado en la observacin de estas caractersticas.Las especies del gnero pueden producir tres tipos de esporas asexuales llamadas macroconidios, microconidios y clamidosporas. El macroconidio es la espora principal en la caracterizacin. Los macroconidios pueden originarse a partir de estructuras especializadas, los esporodoquios, como as tambin en monofilides, polifilides o directamente a partir del micelio areo. La presencia de una clula basal en forma de pi se considera caracterstica de Fusarium spp. El microconidio es un carcter taxonmico primario y se considera su presencia o ausencia. Si est presente las caractersticas consideradas son forma, modo de formacin, si estn solos, en falsas cabezas, cabezas o cadenas. Pueden formarse en el micelio areo a partir de mono o polifilides pero no en esporodoquios. Otros caracteres taxonmicos primarios son clamidosporas, conidiforos y mesoconidios. Para observar este tipo de caractersticas suelen usarse medios naturales como el agar hojas de clavel (CLA) y agar nutriente sinttico (SNA). Este tipo de identificacin requiere de una cuidadosa observacin y un grado de conocimiento de taxonoma para distinguir los patgenos a nivel de especie. Esto ha llevado a un creciente inters en la obtencin de mtodos ms sensibles para la identificacin de especies de Fusarium en el material vegetal infectado, incluyendo las tcnicas que implican el diagnstico molecular.

2.1.-Modelos con base climtica predictivos de la enfermedad

La incidencia y la severidad de la enfermedad dependen fundamentalmente de las condiciones ambientales imperantes durante el momento de la floracin del cultivo (cuando las espigas tienen sus anteras expuestas), siendo la temperatura y la humedad los factores ms importantes. Las epidemias severas se producen cuando el estado de floracin y las primeras etapas de formacin del grano, coinciden con perodos de precipitaciones o llovizna frecuente, elevada y contina humedad relativa (HR, superior a 80%) que permiten mantener a la espiga hmeda varios das.2.2.-Cncer en humanos

En la poblacin de Transkei, Sudfrica, una alta incidencia de cncer de esfago se observ desde el ao 1955, muchas investigaciones se llevaron a cabo para conocer la causa de esta alta incidencia de cncer. Estudios posteriores llevados a cabo despus de la caracterizacin de las fumonisinas en 1988, revelaron una concentracin de FB1 de 118 ppm en maz. As mismo se reportaron altas concentraciones (30 ppm) en cervezas en las cuales se utiliz al maz para realizar el mosto.2.3.-Defectos del tubo neural (DTN)

Adems de la toxicidad y carcinogenicidad, recientemente ha comenzado a emerger que estas micotoxinas pueden ser tambin teratognicos a raz de un brote de defectos de tubo neural en la frontera Mxico-Americana ( Marasas y col, 2004).

3.-Modo de transmisinEl mecanismo de toxicidad de FB1 ms reconocido es la inhibicin de la enzima celular ceramida sintetasa y la consecuente disrupcin del metabolismo lipdico y la acumulacin de los sustratos naturales de esta enzima, esfiganina (Sa) y esfingosina (So) y sus formas de equilibrio.3.1.- Formacin en el alimento Fusarium verticilloides, que crece en un rango de actividad de agua entre 0,87 y 0,99 y en un rango de temperaturas muy amplio, entre 2,5 y 37 C, siendo el ptimo entre 22,2 y 27,5 C. Fusarium proliferatum, que crece en un rango de actividad de agua entre 0,92 y 0,99 y en un rango de temperaturas entre 4 y 40 C, siendo el ptimo entre 20 y 25C. Fusarium oxysporum, tambin producen fumonisinas C. Recientemente, se ha demostrado que Aspergillus niger, hongo comn que crece en las uvas, granos de caf verde, cebolla, mango, maz y otros cereales, cacahuetes y frutos secos, es capaz de producir fumonisinas FB1, FB2, FB4 y FB6. En el maz, las fumonisinas suelen estar presentes junto a otras micotoxinas, generalmente con tricotecenos, como el deoxinivalenol.Las fumonisinas pueden entrar en la cadena alimentaria transmitindose al ser humano directamente a travs del consumo de cereales y productos a base de cereales. Debido a que se elimina de forma rpida en los animales, los residuos de fumonisinas en alimentos de origen animal (carne, leche, huevos, etc.) son muy bajos y no contribuyen significativamente a la exposicin humana a dichas micotoxinas.3.2.-Alimentos a considerar

Los cereales son los alimentos ms susceptibles a ser contaminados con fumonisinas: Cereales (bsicamente maz): maz en grano, salvado, harina, ce-reales de desayuno y cereales de frmulas infantiles. Alimentos y bebidas a base de maz: pan, bollera y repostera, aperitivos de maz (maz tostado, palomitas de maz), maz dulce, cerveza. 3.3.-Intoxicacin alimentaria El consumo de pequeas cantidades de micotoxinas durante perodos prolongados produce toxicidad crnica en las personas. En Sudfrica y China, se ha constatado cncer de esfago e hgado, respectivamente, por la relacin entre el consumo de maz contaminado con fumonisinas y la aparicin de tumores en dichos rganos. Asimismo, se ha visto relacionada con deficiencias en el desarrollo del tubo neural. De cualquier forma, no se conocen bien las consecuencias en el organismo de los efectos sinrgicos ante la ingesta de varias micotoxinas a travs de la dieta. De forma aguda, la ingesta de fumonisinas provoca vmitos, diarrea, dolor abdominal y malestar general.4.-Epidemiologa

La exposicin humana a fumonisinas ha relacionado con cncer de esfago y de hgado en Sudfrica y China, y recientemente con defectos del tubo neuronal en la regin colindante de Mxico con Texas (Sydenham et al., 1990; Yoshizawa et al., 1994). La Agencia Internacional de Investigacin del Cancer (IARC) ha clasificado a la FB1 como posible carcingeno humano (grupo 2B) (IARC, 2006).

4.1.-Incidencia y concentracin de fumonisinas en los alimentosEn el presente estudio, se encontraron FBS en todas las matrices analizadas a base de cereales con la excepcin del maz dulce. El porcentaje ms elevado se encontr en la cerveza (90%) y en los aperitivos de maz (61%). En cuanto a los alimentos especiales, se encontraron FBS en ms de la mitad de muestras de alimentos tnicos y en un bajo porcentaje de alimentos infantiles y sin gluten. Los niveles ms altos de contaminacin se encontraron en harina de maz (682,2 g kg-1) y aperitivos de maz (475,5 g kg-1).La contaminacin por fumonisina del maz o sus derivados para consumo humano, 25-30 y consumo animal est documentada. El hongo principalmente involucrado en la produccin de fumonisina en Mxico es el F. moniliforme (~75%); no obstante existen diferencias geogrficas en el tipo de cepas prevalecientes en distintas regiones del pas. En el noroeste de Mxico las cepas de hongos aisladas son en su mayora grandes productoras de FB1.

4.2.-Situacin en MxicoEn Mxico, el cultivo del maz es uno de los ms importantes y anualmente se producen en promedio alrededor de 18.2 millones de toneladas de grano, de las cuales 90% es maz blanco y se destina al consumo humano.La produccin nacional de maz se centra en cuatro estados: Jalisco, Sinaloa, Mxico y Chiapas; seguidos por Guerrero, Michoacn, Puebla y Oaxaca en menor proporcin. Para 2007, el consumo anual de maz fue de 296.2 kilogramos por persona, principalmente en forma de tortilla elaborada a partir de masa de nixtamal o de harina de maz nixtamalizada.La contaminacin por fumonisina del maz o sus derivados para consumo humanoy consumo animal est documentada. El hongo principalmente involucrado en la produccin de fumonisina en Mxico es el F. moniliforme (~75%); no obstante existen diferencias geogrficas en el tipo de cepas prevalecientes en diferentes regiones del pas. En el Noroeste de Mxico las cepas de hongos aisladas son en su mayora grandes productores de FB1, mientras que las aisladas en la zona centro, principalmente en el Estado de Mxico, son productoras de bajas cantidades de FB1.Las concentraciones de fumonisinas reportadas en la mayora de los estudios superan por mucho el contenido de fumonisinas totales establecido por la FDA (2-4 ppm) para el maz destinado a la produccin de tortillas o masa.Dos estudios experimentales evaluaron los efectos txicos de la fumonisina, uno de ellos sobre la integridad celular de la planta de maz y otro sobre las clulas intestinales de porcino.El primero muestra que la fumonisina altera la funcin de la enzima H+-ATPasa de la membrana plasmtica y compromete algunos procesos claves para la nutricin, elongacin y homeostasis celular de las plantas. El segundo demuestra un efecto txico sinrgico entre aflatoxina y fumonisina sobre la fisiologa de la clula intestinal, favoreciendo as la entrada de otros microorganismos e impactando in vivo negativamente la salud animal y humana.En relacin con los efectos de la exposicin a fumonisina, en Mxico slo existe un informe acerca de un brote de leucoencefalomalacia equina ocurrido en Oaxaca, y en el que las concentraciones de FB1 presentes en muestras de maz usado como parte del alimento de los burros estaban entre 0.67 y 13.3 ppm. Estas concentraciones de FB1 reportadas superan las 5 ppm establecidas por la FDA para la alimentacin en animales.Igualmente, slo existe un estudio en Mxico que evalu el consumo de tortilla como fuente de exposicin a fumonisinas en humanos. Se trata de un estudio transversal llevado a cabo con 75 mujeres en edad reproductiva (15-36 aos), residentes en cuatro municipios del estado de Morelos y donde el consumo de maz fue clasificado como alto, medio o bajo con base en el nmero y frecuencia de consumo de tortillas reportado en un cuestionario de frecuencia de consumo de alimentos. La determinacin de FB1 se realiz en orina mediante cromatografa de lquidos (HPLC). El 75% de las muestras tuvieron concentraciones detectables de FB1 con un mximo observado de 9 312 pg/ml, y se correlacionaron significativamente (prueba de tendencia p=0.001) con la ingestin de maz. Las concentraciones urinarias de FB1 fueron 3.5 veces mayores entre las mujeres ubicadas en la categora ms alta de consumo de maz en comparacin con las de la categora ms baja. Las concentraciones de FB1 fueron mayores en mujeres ms jvenes residentes en zonas suburbanas.

4.3.-Relevancia de la contaminacin de fumonisina en MxicoLas fumonisinas pueden interactuar con el transporte celular y la disponibilidad de folato y 5-metiltetrahidrofolato. La MTHFR es una enzima clave en la sntesis de nucletidos, en la sntesis de S-adenosil-metionina y en los procesos de metilacin de la homocisteina, DNA, protenas, neurotransmisores y fosfolpidos.36Para el gen que codifica a esta enzima se conocen algunos polimorfismos, entre ellos el 677 C>T, el cual es altamente prevalente en Mxico (58%).37En sujetos que son homocigotos (677 TT), la enzima presenta una disminucin de 50-60% de su actividad enzimtica, y en condiciones de baja disponibilidad de folato se manifiesta con altas concentraciones sricas de homocisteina.

5.-Mtodos de deteccin a partir de los alimentos5.1.-Mtodos basados en la utilizacin de medios de cultivo diferencialesAlgunos utilizan medios de cultivo especiales que favorecen la produccin de la micotoxinaAlgunos medios de cultivo como Agar patata dextrosa (APD). Es un medio til para valorar el aspecto morfolgico y la coloracin de la colonia. Su alto contenido en carbohidratos condiciona un mayor crecimiento, en detrimento de la esporulacin que suele retrasarse hasta un mes. Las conidias pueden ser atpicas. Agar harina de avena (OA). Se utiliza para valorar la velocidad de crecimiento, el color, el aspecto de la colonia y las caractersticas microscpicas.5.2.-Mtodos basados en tcnicas cromatograficasCromatografa en capa fina o cromatografa lquida 5.3.-Mtodos basados en tcnicas inmunolgicas El test se basa en la reaccin antgeno-anticuerpo. Los pocillos estn recubiertos con anticuerpos de captura contra anticuerpos anti-fumonisina. Se agregan estndares de fumonisina o la solucin de las muestras, conjugado fumonisina-enzima y anticuerpos anti-fumonisina a los pocillos. La fumonisina libre y el conjugado fumonisina-enzima compiten para unirse a sitios del anticuerpo anti-fumonisina (inmunoensayo enzimtico competitivo). Al mismo tiempo, los anticuerpos anti-fumonisina se une a los anticuerpos de captura inmovilizados sobre la placa. El conjugado fumonisina-enzima que no se uni es retirado posteriormente en un proceso de lavado. El sustrato / cromgeno es agregado a los pocillos e incubado. El conjugado fumonisina-enzima unido a los pocillos a travs de los anticuerpos, convierte al cromgeno en una sustancia azul. La adicin de la solucin stop provoca un cambio de color de azul a amarillo. La medicin se realiza fotomtricamente a =450nm; la absorcin es inversamente proporcional a la concentracin de fumonisina en la muestra.

6.-Profilaxis

6.1.-Medidas de control y prevencin en la cadena alimentaria Los resultados de controles recientes de cosechas europeas han venido indicando que el maz contiene concentraciones superiores de fumonisinas respecto a cosechas anteriores (debido principalmente a las condiciones climticas), por lo que es conveniente tomar medidas correctoras para reducir que puedan entrar en la cadena alimentaria maz y productos a base de maz con niveles inaceptables de contaminacin de fumonisinas. En la fase inicial, desde la plantacin del cultivo hasta el transporte de los alimentos cosechados, es importante aplicar unas Buenas Prcticas Agrcolas de higiene y manipulacin con el fin de reducir los factores de riesgo que pueden prevenir la contaminacin de los cereales cultivados por micotoxinas de los hongos Fusarium (entre las que se incluyen las fumonisinas), establecidas en la Recomendacin de la Comisin de 17 de agosto de 2006 sobre la prevencin y la reduccin de las toxinas de Fusarium en los cereales y los productos a base de cereales. Las ms importantes son: La rotacin de los cultivos La eleccin de la variedad o hbrido La planificacin del cultivo (buenas condiciones meteorolgicas) La gestin de los suelos El uso preciso de los fungicidas La cosecha El secado El almacenamiento El transporte

6.2.-Tratamientos de reduccin Las fumonisinas son muy termoestables (100-150C), por lo que persisten durante todo la cadena de produccin alimentaria, siendo muy difcil eliminar sus niveles durante la molienda, procesado y coccin de los alimentos. Algunos tratamientos trmicos, como el uso de microondas en palomitas de maz, pueden reducir significativamente (67-92%) las fumonisinas FB1 y FB2. Asimismo, el horneado y la fritura disminuyen las concentraciones de fumonisinas en los alimentos derivados de maz (ej. pasteles, magdalenas, pan) siempre y cuando los tiempos de coccin sean prolongados, las temperaturas superiores a 150C y la humedad de la masa alta. Por otra parte, el uso de tratamientos fsicos de descontaminacin, como la seleccin de granos de cereales, reduce significativamente el contenido de fumonisinas en el maz debido a que la mayor concentracin de micotoxinas est en el grano sin tratar. En este caso, los alimentos descontaminados fsicamente no se pueden mezclar con alimentos destinados al consumo humano directo ni a ser utilizados como ingrediente alimentario. La detoxificacin con agentes qumicos est prohibida en alimentos destinados al consumo humano, aunque su uso est permitido en materias primas de alimentacin animal. En el hogar La cantidad aislada de fumonisinas que se ingiere en una dieta equilibrada est por debajo de los lmites recomendados como seguros por la legislacin vigente. No obstante, la FAO estima que el 25% de la totalidad de los cultivos son contaminados con micotoxinas, por tanto, la suma de la ingesta de la totalidad de micotoxinas en una dieta equilibrada rica en productos vegetales (cereales, frutas, verduras y frutos secos), unida al consumo de productos animales contaminados, como consecuencia del pienso con presencia de determinadas micotoxinas, representa una exposicin considerable del ser humano a estas toxinas. Las fumonisinas presentes en los alimentos no se pueden eliminar en el hogar. No obstante, es recomendable seguir unas buenas prcticas de higiene y manipulacin durante la preparacin y conservacin de los alimentos para evitar su contaminacin por agentes biolgicos (hongos, virus, bacterias, parsitos).

7.-Bibliografa y fuentes

http://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/18266/I_-_Aislamiento_e_identificaci%C3%B3n_de_Fusarium_spp._a_partir_de_granos_de_trigo.pdf?sequence=6 http://biociencias.uan.edu.mx/publicaciones/03-01/biociencias3-1-2.pdf Micotoxinas: Papel de las fumonisinas en enfermedades en animales y en humanos. Amaury. J Martnez. Profesor investigador del Instituto de Ciencia y Tecnologa de Alimentos de la Facultad de Ciencias de la Universidad Central de Venezuela. http://www.elika.net/datos/pdfs_agrupados/Documento120/23.Fumonisinas.pdf http://whqlibdoc.who.int/boletin/2000/RA_2000_2_80-92_spa.pdf http://www.seimc.org/contenidos/ccs/revisionestematicas/micologia/fusarium.pdf http://www.scielo.org.mx/scielo.php?pid=S0036-36342010000500014&script=sci_arttext http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/13053/1/Mem%C3%B2ria.pdf

Jos Bello Gutirrez. Ciencia bromatolgica. Principios de los alimentos. Ao 2000. Ed Daz de santos pginas 530 y 531. Jos Miguel Soriano del Castillo et al. Micotoxinas en alimentos. Ao 2007. Ed Daz de santos. Pginas 47-52,53 y 54.