Fusarientoxine 

Von: Dr. Gabriele Engelhardt - Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit

Bildung und Wirkung von Fusarientoxinen

Den Fusarien kommt weltweit, insbesondere bei Getreide und Mais, eine große Bedeutung zu. Sie sind wenig spezialisierte Krankheitserreger an Kulturpflanzen, insbesondere an allen Getreidearten. Typische Krankheiten, die durch Fusarien ausgelöst werden, sind Auflaufkrankheiten (Erkrankungen der Getreidekeimlinge), Auswinterungsschäden unter einer Schneedecke auf ungefrorenem Boden, Fuß- und Stengel- sowie Ähren- , Kolben- , und Rispenerkrankungen. Die Fusarien befallen überwiegend lebende Pflanzen, sind daher typische Feldpilze, die sich aber auch im Lager unter günstigen Bedingungen ausbreiten können. Um einer Ausbreitung von Fusarien im Lager vorzubeugen, darf nur Erntegut mit einem Wassergehalt von höchstens 14% eingelagert werden, gegebenenfalls muss es vorher getrocknet werden.

Fusarien können durch partielle Taubährigkeit und die Bildung so genannter Schmachtkörner direkte Schäden am Feldertrag und dessen Qualität (z.B. schlechtere Back-, Brau- und Saatgutqualität) verursachen, jedoch muss ein Fusarienbefall von Getreide nicht unbedingt mit einer Ertragsminderung einhergehen.

Befallene Körner können rosa bis weinrot gefärbt sein.

Außerdem kann die Besiedelung mit Fusarienpilzen zur Kontamination der Erntegüter mit verschiedenen Mykotoxinen führen. Von Fusarien werden verschiedene, meist hochgiftige Mykotoxine, mit sehr unterschiedlichen chemischen Strukturen gebildet.

Bei den etwa 100 von Fusarien gebildeten Toxinen unterscheidet man drei Hauptgruppen, die Gruppe der Trichothecene, Zearalenon und die Fumonisine.

Trichothecene

Die Trichothecene sind zyklische Sesquiterpene mit einem Epoxydring. Auf Grund der sehr unterschiedlichen chemischen Strukturen hat man 4 Untergruppen geschaffen, von denen die häufigsten die Typ A und Typ B Trichothecene sind.

Die Typ A Trichothecene sind charakterisiert durch eine Nicht- Ketogruppe am Kohlenstoffatom 8. Sie umfassen Toxine wie Mono- und Diacetoxyscirpenol, HT-2 Toxin, T-2 Toxin oder Neosolaniol.

Zu den Typ B Trichothecenen, die durch eine Ketogruppe am Kohlenstoffatom 8 gekennzeichnet sind, zählen Deoxynivalenol und Nivalenol und deren jeweilige Vorstufen der Biosynthese 3-bzw. 15-Acetyldeoxynivalenol und Fusarenon X.

Die zum Beispiel von Fusarium sporotrichioides gebildeten Typ A Trichothecene wie T-2 Toxin und Neosolaniol waren Ursache der sog. Alimentären Toxischen Aleukie (ATA), einer Erkrankung, die schon vor 1900 beschrieben wurde und die durch fusarienbefallenes überwintertes Getreide verursacht wurde. Während des 2. Weltkriegs erkrankten in Russland Tausende, die solches Getreide essen mussten. Heute spielen diese Toxine glücklicherweise eine untergeordnete Rolle. Typ A Trichothecene können jedoch bei Getreide vorkommen, zum Beispiel T-2 und HT-2 Toxin, aber auch bei Kartoffeln und Bananen. Die Erreger der Trockenfäule von Kartoffeln F. solani und F. sambucinum sind potente Bildner von Diacetoxyscirpenol, das dann in Faulstellen enthalten sein kann, und die Infektion von Bananen mit F. moniliforme kann zur Kontamination der Früchte mit Diacetoxyscirpenol und Zearalenon führen.

Die bedeutendsten Mykotoxine im Getreideanbau sind heute Deoxynivalenol und Nivalenol aus der Gruppe der Typ B Trichothecene, wobei Deoxynivalenol wahrscheinlich das am häufigsten vorkommende Mykotoxin in Nahrungs-und Futtermitteln ist. Beide Toxine werden vor allem durch F. graminearum , daneben auch durch F. culmorum und F. crookwellense gebildet. Von F. graminearum scheinen in Nord- und Südamerica, Europa und Asien die Deoxynivalenol bildenden Stämme zu dominieren, und in Japan und Australien die Nivalenol-Bildner. Nivalenol kommt weniger häufig in Getreide vor als Deoxynivalenol und über die Toxizität von Nivalenol ist sehr viel weniger bekannt.

Die Trichothecene sind starke Hemmstoffe der Proteinsynthese. Allgemein wirken Trichothecen daher zellschädigend. Sie sind nicht erbschädigend und die häufigsten Substanzen wie Nivalenol, Deoxynivalenol sind durch die International Agency for Research in Cancer (IARC) als nicht krebserzeugend eingestuft. Trichothecene sind hauttoxisch und greifen zunächst den Verdauungstrakt an, aber auch das Nervensystem und die Blutbildung werden beeinträchtigt, außerdem stören sie das Immunsystem und führen dadurch zu erhöhter Anfälligkeit gegenüber Infektionskrankheiten. Beim Menschen sind Erbrechen, Durchfall und Hautreaktionen die häufigsten Beschwerden bei Trichothecenaufnahme durch die Nahrung.

Die durch den Wissenschaftlichen Lebensmittelausschuss der Europäischen Union (SCF) durchgeführten Risikobewertungen für die Trichothecene T-2 Toxin, HT-2 Toxin, Deoxynivalenol und Nivalenol ergaben für das bisher am besten untersuchte Deoxynivalenol eine tolerierbare tägliche Aufnahme (TDI) von 1 µg pro Kilogramm Körpergewicht (TDI-Wert). Für Nivalenol wurden 0,7 µg pro Kilogramm Körpergewicht und für die Summe von T-2 und HT-2 Toxin wurden 0,06 µg pro Kilogramm Körpergewicht als vorläufige Werte für die tolerierbare tägliche Aufnahme (tTDI = temporary tolerable daily intake) festgelegt. 

Zearalenon

Zearalenon wird durch eine Reihe verschiedener Fusarien gebildet; Hauptbildner sind dieselben Pilze, die auch für die Deoxynivalenolbildung verantwortlich sind. Die Substanz besitzt auf Grund seiner räumlichen chemischen Struktur eine ausgeprägte östrogene Wirksamkeit und wirkt anabolisch, hat aber nur eine sehr geringe Toxizität.

Zearalenon zeigt besonders bei Schweinen (und möglicherweise auch beim Menschen) seine größte Wirkung beginnend mit Schwellungen der weiblichen Genitalien über typische Zeichen zu hoher Östrogenaufnahme (Hyperöstrogenismus) bis hin zu Unfruchtbarkeit oder Scheinschwangerschaft. Zearalenon kann im Stoffwechsel  in alpha-Zearalenol umgewandelt werden, das eine höhere östrogene Wirksamkeit hat als Zearalenon. Beim Menschen und beim Schwein wird z.B. mehr von dieser Verbindung gebildet als bei der Ratte. Bei Menschen und Schweinen ist außerdem die biologische Halbwertszeit von Zearalenon  länger als bei anderen Lebewesen, d.h. das aus pflanzlichen und tierischen Nahrungsmitteln aufgenommene Zearalenon verbleibt länger im Körper. Vom SCF wurde für Zearalenon bisher nur eine vorläufig tolerierbare tägliche Aufnahme (tTDI-Wert) von 0,2 µg/kg Körpergewicht festgelegt. 

Fumonisine sind weltweit verbreitete, stark polare Mykotoxine, die durch Fusarium verticilloides (älterer Name: Fusarium moniliforme), und F. proliferatum insbesondere auf Mais gebildet werden.

Die giftigste Verbindung ist Fumonisin B1. Seine Bildung auf Ernteprodukten bzw. Nahrungsmitteln hängt sowohl von den Umwelt- wie auch den Lagerbedingungen ab. Fumonisine sind wasserlöslich und sie werden während der meisten Prozesse der Lebensmittelverarbeitung nicht inaktiviert

Seit ihrer Entdeckung in einer Kultur von Fusarium moniliforme im Jahre 1988, werden sie wegen ihrer Giftigkeit und ihres weltweiten Vorkommens intensiv untersucht. Bisher kennt man sechs Fumonisine (FB1-FB4, FA1, FA2), die sich alle chemisch nur sehr gering unterscheiden. Auf Grund ihrer strukturellen Ähnlichkeit greifen sie in die Biosynthese von Sphingosin ein, einem Baustein von Lipoiden, der in allen Zellen vorhanden ist.

Die Kontamination mit Fumonisinen soll Ursache einer tödliche Gehirnerkrankung der Pferde (Equine Leukoenzephalomalazie) und einer Schweinekrankheit sein, die zu Lungenwasser führt. Bei Ratten können Fumonisine Leberkrebs auslösen.
Außerdem werden hohe Fumonisinkonzentrationen in Mais als Ursache für Speiseröhrenkrebs in Teilgebieten Südafrikas, Chinas und möglicherweise auch Italiens diskutiert.

Von der IARC wurde FB1 als möglicherweise carcinogen für Menschen eingestuft (Gruppe 2B). Für Fumonisin B1 allein sowie für die Summe aus Fumonisin B1, B2 und B3 wurde durch den SCF ein tolerierbare tägliche Aufnahme (TDI) von 2µg/kg KG festgelegt.

Untersuchungsergebnisse des LGL: Fumonisine in Maismehl und Maisgrieß

Vorkommen von Fusarientoxinen

Unter den heimischen Getreidearten werden von Fusarien hauptsächlich Hafer, Mais und Weizen befallen. Gerste und Roggen gelten als am wenigsten anfällig. Je nach Witterung weisen Befallshäufigkeit und Artenzusammensetzung von Jahr zu Jahr große Unterschiede auf. Die Deoxynivalenol-Kontamination von Getreide ist ein weltweites Problem. Zu einer Belastung tierischer Produkte (Milch, Fleisch, Eier) nach Verfüttern von trichothecenhaltigem Futtergetreide durch "carry over" scheint es praktisch nicht zu kommen, da die Toxine im tierischen Stoffwechsel relativ rasch abgebaut werden.

Zearalenon kommt hauptsächlich in Mais vor, wurde aber auch in Weizen, Hafer, Hirse, Reis und in Sojabohnen nachgewiesen und kann in sehr geringen Mengen in Kuhmilch übergehen.

Fumonisine wurden bisher fast ausschließlich in Mais, bzw. Lebens- und Futtermitteln auf Maisbasis nachgewiesen, daneben in Weizen und Reis. Wie F. verticilloides sind sie weltweit verbreitet: Sie wurden in Produkten aus den Vereinigten Staaten und Kanada, Südamerika, Afrika und Europa gefunden. Neben Futtermitteln können auch Lebensmittel auf Maisbasis mit Fumonisinen belastet sein. Dabei enthalten Maismehl und -grieß, insbesondere Importmais aus wärmeren Klimazonen (USA, Südamerika, Afrika, asiatische Länder, Südeuropa) besonders häufig höhere Toxinkonzentrationen. Häufigkeit und Höhe der festgestellten Toxingehalte sind dagegen bei einheimischem Mais eher gering.

Seit April 2003 liegt ein umfangreicher SCOOP- Bericht  zum Vorkommen von Fusarientoxinen in Lebensmitteln und zur Abschätzung der Aufnahme dieser Toxine aus Lebensmitteln durch die Bevölkerung der EU-Mitgliedsstaaten vor:

Häufig belastete Lebensmittel

Unter den am häufigsten mit Fusarientoxinen belasteten Lebensmitteln standen an erster Stelle Cerealien und davon zeigten wiederum Mais und Weizen die höchsten Mykotoxin-Gehalte:

• Von den Typ B Trichothecenen wurde Deoxynivalenol vor allem in Mais (89 %) und Weizen (61 %) und Nivalenol in Mais (35 %), Hafer (21%) und Weizen (14 %) nachgewiesen. Bei den Typ A Trichothecenen waren Mais (28 %), Weizen (21 %) und Hafer (21 %) T-2 mit Toxin und Hafer (41 %), Mais (24 %) und Roggen (17 %) mit HT-2 Toxin kontaminiert. 
• Zearalenon wurde in Mais (79 %), Maismahlprodukten (51 %) und Produkten auf Maisbasis (53 %) sowie in Weizen (30 %), Weizenmahlprodukten (24 %), Produkten auf Weizenbasis (11 %) und Babynahrung (23 %) nachgewiesen. 
• Von den Fumonisinen wurde Fumonisin B1 vor allem in Mais (66 %) Maismehl (79 %), Produkten auf Maisbasis (31 %) und Corn Flakes (46 %) sowie in Weizen (79 %) nachgewiesen und Fumonisin B2 nur in Mais (51%).

Risikobewertung und Aufnahme durch den Verbraucher

Die Berechnung der durchschnittlichen täglichen Aufnahme durch die Bevölkerung ergab für die meisten Fusarientoxine Werte, die bei Erwachsenen deutlich unter den Werten für die tolerierbare tägliche Aufnahme ((t)TDI) lagen. Für die Gruppe der Kinder zeigte sich dagegen, dass die TDI-Werte erreicht oder überschritten werden könnten. Ein vergleichbares Ergebnis wurde bereits bei einer früheren, im Auftrag der Europäischen Union durchgeführten Studie zur Abschätzung der täglichen Aufnahme von Fusarientoxinen erhalten (siehe auch Pressemitteilung des ehemaligen BgVV vom 6. Juli 2000). Auch für die Summe aus T-2 und HT-2 Toxin ergaben sich mögliche Überschreitungen, diese basierten jedoch insgesamt auf zu wenigen positiven Proben. 

Quellen und weiterführende Hinweise:

Bottalico, A., Perrone, G. Toxigenic Fusarium species and mycotoxins accociated with head blight in small grain cereals in Europe. European Journal of Plant Pathology 108, 611-624 (2002)

Engelhardt, G., Wallnöfer, P.R.: Fumonisine - eine Gruppe neuerer Fusarientoxine. Schule und Beratung 06, V14-V-15 (1995)

Europäische Kommission. Updated opinion of the Scientific Committee on Food on Fumonisin B1, B2 and B3, April 2003

Europäische Kommission. Reports on Task for scientific cooperation. Report of experts participating in Task 3.2.10. Collection of occurrence data of Fusarium toxins in food and assessment of dietary intake by the population of EU Member States, April 2003

Weitere Quellen auch beim Beitrag "Mykotoxine - giftige Stoffwechselprodukte von Schimmelpilzen"

Anhang:

Typ A-Trichothecene, charakterisiert durch eine Nicht-Ketogruppe am Kohlenstoffatom 8  

Typ B- Trichothecene, charakterisiert durch eine Ketogruppe am Kohlenstoffatom 8

Zearalenon

Fumonisine: