Микотоксины-специфика адсорбции: миф или реальность?

22.05.2014

Микотоксины – это…

Микотоксины – ядовитые вторичные метаболиты плесневых грибов, контаминирующие зернопродукты на всех этапах их выращивания и хранения.

Токсические свойства микотоксинов разнообразны – некоторые характеризуются высокой острой токсичностью, канцерогенностью и тератогенностью (афлатоксины), другие являются аллергенами, иммуносупрессантами и ирритантами (трихотецены) или эндокринными дизрупторами (зеараленон). Токсикологические свойства многих микотоксинов изучены недостаточно в силу их разнообразия – открыто сотни микотоксинов.

Микотоксины – устойчивые низкомолекулярные соединения, не разрушающиеся в процессе пищеварения или термической обработки кормов, продукты ферментативной метаболизации микотоксинов в организме животных во многих случаях не теряют своей токсичности. Эти свойства делают микотоксины опасными токсикантами, способными «путешествовать» по пищевым цепочкам, создавая угрозу здоровью человека и животных.

Профилактики микотоксикозов

В качестве средств профилактики микотоксикозов были предложены различные методы деконтаминации растительного сырья, а также использование антитоксических кормовых добавок. Наиболее широкое распространение получил последний метод, поскольку все существующие методы деконтаминации пораженного микотоксинами сырья обладают рядом недостатков, основными из которых являются:

– микотоксины устойчивы к нагреванию и облучению; газообразные реактивы, способные разрушать микотоксины, малоспецифичны, разнообразие их невелико (вследствие низкой молекулярной массы), они сложны в обращении и небезопасны (вследствие высокой химической активности и низкой критической температуры фазового перехода) ? большинство процессов деконтаминации протекают в жидкой фазе ? возрастают энергетические затраты на сушку сырья

– реактивы, способные разрушать микотоксины, агрессивны ? повышение требований к оборудованию, снижение качества сырья

– для деконтаминации кормового сырья можно использовать только достаточно специфичные реакции, иначе разрушаются питательные вещества, снижается к.п.д. деконтаминирующего агента, повышается его расход ? снижение эффективности деконтаминации сырья контаминированного сразу несколькими микотоксинами.

Применение антитоксических кормовых добавок, в силу своей доступности, безопасности и простоты в применении, получило значительное распространение. Механизмы действия препаратов, применяемых в качестве адсорбентов микотоксинов, можно подразделить на прямые (непосредственное взаимодействие препарата с микотоксином, приводящее к инактиваци последнего) и опосредованные (повышение устойчивости организма животного к действию микотоксина за счет стимуляции иммунной системы, нормализации микрофлоры, введения дополнительного количества витаминов и др.). Безусловно, основную роль играют прямые механизмы действия, т.к. микотоксины чрезвычайно токсины, следовательно, при достаточно длительном скармливании контаминировнных кормов резервы организма будут исчерпаны, кроме того, существует риск «маскировки» симптомов токсикоза, что может приводить к контаминации продукции животноводства, «неожиданным» падежам, болезням молодняка, снижению продуктивности и т.п.

Кормовые добавки. Механизм действия.

Среди «прямых» механизмов действия антитоксических препаратов можно выделить 3 основных:

– адсорбция: связывание микотоксинов в пищеварительном тракте и выведение их с пометом в неизменном виде;

– ферментативная инактивация: расщепление микотоксинов специальными ферментами;

– каталитическое расщепление: расщепление микотоксинов неорганическими катализаторами;

Методы инактивации

Каждый из этих механизмов имеет свои достоинства и недостатки. Ведущие производители препаратов для профилактики адсорбентов микотоксинов стараются комбинировать различные механизмы в одном препарате, поскольку считается, что только таким образом можно достигнуть максимальной эффективности. Например, химическая инактивация (т.е., использование окислителей) проста и доступна, однако вызывает коррозию оборудования, имеет ограничения по длительности применения. Ключевой особенностью ферментативных методов инактивации является их специфичность: они способны, не расщепляя питательных веществ, быстро расщеплять микотоксины, даже в случае если последние присутствуют в высоких концентрациях, что обусловлено самой природой ферментов – один фермент способен катализировать распад сотен и тысяч молекул микотоксина, тогда как для инактивации одной молекулы микотоксина требуется не менее одной молекулы химического реагента либо одного сайта адсорбции. Однако белковая природа ферментов обуславливает их лабильность – они разрушаются при термической обработке, длительном хранении, воздействии окислителей, кроме того, специфичность действия ферментов ограничивает спектр микотоксинов, против которых они эффективны, конечные продукты распада микотоксинов не всегда безвредны. Каталитическая инактивация лишена некоторых из вышеперечисленных недостатков, присущих ферментативной, однако менее специфична, а главное – протекает намного медленнее, поскольку сайты катализа равномерно распределены по поверхности катализатора, и для увеличения активности последнего необходимо его измельчение. Поэтому в качестве катализаторов расщепления токсичных веществ на современном этапе используються в основном нанодисперсные оксиды металлов. Сложность и дороговизна технологии массового получения нанодисперсных материалов, а также их небезвредность для окружающей среды затрудняет их применение в животноводстве.

Преимуществом применения адсорбции для профилактики микотоксикозов являются выведение микотоксинов в неизмном виде с пометом, а, следовательно, и отсутствие токсичных продуктов распада микотоксинов, а основным недостатком – низкая специфичность, что приводит к адсорбции питательных веществ и снижению адсорбции микотоксинов. Так, среди ведущих специалистов в области микоткосикологии распространено мнение: «…можно встретить высказывания о том, что тот или иной препарат адсорбирует исключительно микотоксины и ни что иное. Однако одного взгляда на структурные формулы микотоксинов, относящихся даже к одному классу, не говоря уже о представителях различных групп, будет достаточно для того, чтобы подвергнуть сомнению подобное утверждение». В то же время, некоторые небезосновательно полагают, что «…эффективность применения схожих по своей природе энтеросорбентов может отличаться, на нее могут влиять методы получения и сроки хранения энтеросорбентов».

Исходя из вышеуказанного, можно представить, насколько сложной представляется задача разработки современного препарата для профилактики микотоксикозов комбинированного действия. Одним из решений этой задачи является препарат «Микасил», удачно сочетающий в себе различные механизмы действия.

Универсальный адсорбент «Микасил»

При разработке препарата «Микасил» специалистам компании «Глобус» удалось превратить структурное разнообразие молекул микотоксинов из недостатка в преимущество. Так, известно, что чем большими структурными различиями обладают вещества, тем меньше выражена конкуренция между ними за сайты связывания на поверхности адсорбентов. Это было учтено при разработке препарата: в его состав входят специально подобранные компоненты, обладающие взаимодополняющим действием, способные связывать широкий спектр токсинов, эндогенного и экзогенного происхождения. Входящие в состав препарата бактерии рода Bacillusрасщепляют токсины, и, увеличивая гетерогенность образовавшихся молекул по сравнению с исходными продуктами, способствуют их адсорбции препаратом и выведению с пометом, в отличие от других марок антитоксических препаратов, которые расщепляют микотоксины, однако не предотвращают поступление продуктов расщепления в кровь. Примеси оксидов металлов, необратимо адсорбированные на поверхности препарата, также способствуют дальнейшему расщеплению с последующей адсорбцией микотоксинов и продуктов их распада.

Основным компонентом препарата является специально подобранная смесь силикатов и алюмосиликатов с высокой адсорбционной способностью. Специфичность адсорбции микотоксинов была достигнута специалистами компании «Глобус» за счет особой наноструктуры используемых силикатов и алюмосиликатов: они имеют жесткую кристаллическую структуру, внутри которой находятся полости, сообщающиеся со внешней средой посредством «окон» строго определенного размера – малые размеры этих «окон» препятствуют диффузии крупных молекул во внутренние полости сорбента. Униформность размеров «окон» обусловлена кристаллической природой данных сорбентов и не достижима в случае активированных углей и других разновидностей адсорбентов. Подобная структура позволяет достичь селективной адсорбции микотоксинов за счет их сравнительно низкой молекулярной массы. Часто данное утверждение вызывает сомнение у специалистов, т.к. молекуляная масса аминокислот, витаминов и минеральных веществ не превосходит таковую у микотоксинов. Однако, тут следует вспомнить, что, во-первых, концентрация этих нутринтов в просвете пищеварительного тракта никогда не бывает высокой, поскольку нутриенты непосредтвенно до мономеров в просвете пищеварительного тракта не расщепляются – это происходит в процессе пристеночного пищеварения (как показали известные работы А. Уголева). Присутствие же низкомолекулярных нутриентов в просвете ЖКТ является скорее негативным явлением, т.к. их избыток стимулирует рост гнилостной микрофлоры, продуцирующей в процессе своего роста различные яды, например, индол, скатол, крезол и др. Кроме того, все питательные вещества в отличие от микотоксинов, интенсивно всасываются с помощью специальных транспортеров, что также снижает их концентрацию в просвете ЖКТ. Далее, структурное разнообразие низкомолекулярных нутриентов ограничено – всего 20 аминокислот, 4 нуклеотида, несколько десятков витаминов и минералов, полдесятка моносахаридов и т.д., причем липофильные витамины и жирные кислоты в просвете ЖКТ находятся в составе смешанных мицелл с фосфолипидами и жирными кислотами. Эти мицеллы являются полимолекулярными агрегатами и неспособны проникать через микропоры адсорбента «Микасил». Гидрофильные витамины, как известно, плохо адсорбируемы. Минеральные вещества входят в состав препарата «Микасил», что и препятствует адсорбции дополнительного их количества препаратом.

Таким образом, тщательный подбор компонентов и использование передовых методов моделирования механизмов действия адсорбентов микотоксинов, примененных при разработке препарата «Микасил», позволило достичь селективности в адсорбции микотоксинов, вполне достаточной для решения практических проблем в животноводстве.