Mykotoxin

Schimmelbildung bei Gerste

Mykotoxine (Schimmelpilzgifte) sind sekundäre Stoffwechselprodukte aus Schimmelpilzen, die bei Wirbeltieren bereits in geringsten Mengen giftig wirken können. Im Unterschied dazu werden die toxischen Inhaltsstoffe von Großpilzen als Pilzgifte bezeichnet. Eine durch Mykotoxine verursachte Erkrankung wird Mykotoxikose genannt.

Entdeckung

Seit Menschengedenken werden schimmelbefallene Lebensmittel und damit Mykotoxine verzehrt. Seit 1960 machte man sich darüber erstmals ernsthafte Gedanken, als in England Tausende Puten an verschimmeltem Erdnussschrot starben. Die intensive Suche nach den giftigen Substanzen führte dann zur Entdeckung der Aflatoxine. In der UdSSR trat während des Zweiten Weltkrieges eine Erkrankung auf, die eine Hemmung der Bildung von weißen Blutkörperchen zur Folge hatte und auf verschimmelter Hirse und verschimmeltem Weizen beruhte. Erst nach Jahren wurde das die Erkrankung verursachende Mykotoxin, das T-2-Toxin aus der Gruppe der von Fusarien gebildeten Trichothecene, entdeckt, das in russischen Getreideproben mit einer Konzentration von bis zu 2,5 % vorkam.

Vorkommen

Es sind inzwischen etwa 200 verschiedene Toxine bekannt, die von über 300 Pilzarten produziert werden, wobei die Produktion eines bestimmten Toxins auf wenige bestimmte Arten beschränkt sein kann, aber auch von vielen Arten mehrerer Gattungen bewerkstelligt werden kann. Die Optimalbedingungen für die Bildung des Toxins und das Wachstum des Schimmelpilzes brauchen nicht notwendigerweise übereinzustimmen. Die meisten Mykotoxine sind sehr widerstandsfähig gegenüber Hitze- und Säurebehandlung.

Die Bildung von Mykotoxinen unterliegt einer ausgeprägten regionalen wie saisonalen Schwankungsbreite und ist abhängig vom Nahrungsangebot, Wassergehalt in Substrat und umgebender Luft (Luftfeuchte), Temperatur, pH-Wert und Interaktionen mit anderen Pilzen. Für die Giftbildung werden Substrate bevorzugt, die reich an Kohlenhydraten komplexer Zusammensetzung sind.

Der Mensch ist hauptsächlich durch Kontaminationen in Lebensmitteln bedroht. Alle verschimmelten Nahrungsmittel können Mykotoxine enthalten.

• Primärkontamination: Getreide wurde schon auf dem Feld von Schimmelpilzen befallen (z. B. Mutterkorn auf Roggen, Weizen, Gerste)
• Sekundärkontamination: Lagernde Lebensmittel verschimmeln (z. B. Aspergillus oder Penicillium spp.)
• Carry over: Nutztiere nehmen verschimmelte Futtermittel (z. B. Mais, Weizen, Soja, Palmkernexpeller) auf und geben die enthaltenen Gifte an die Produkte weiter: Milch, Eier, Fleisch

Die FAO schätzt, dass ca. 25 % der Welt-Nahrungsproduktion Mykotoxine enthalten. Am häufigsten belastet mit Fusarientoxinen sind Getreide (insbesondere Mais und Weizen). Betroffen von Aflatoxin-Befall sind häufig landwirtschaftliche Produkte aus tropischen und subtropischen Gebieten, da der Pilz Aspergillus flavus erst ab Temperaturen von 25 bis 40 °C gut wächst. Betroffen sind dabei hauptsächlich Mais, sowie ölhaltige Samen und Nüsse, wie z. B. Pistazien, Erdnüsse, Mandeln und Paranüsse. In pflanzlichen Nahrungsergänzungsmitteln werden auch Mykotoxine nachgewiesen, in Mariendistelextrakten wurden beispielsweise bis zu 37 mg pro kg gefunden.

Wirkung

Mykotoxine können bei Menschen und bei Tieren bereits in geringen Konzentrationen toxische Wirkungen zeigen.

Insbesondere können Mykotoxine

• krebserregend (karzinogen) wirken
• das Zentralnervensystem schädigen (neurotoxisch wirken)
• das Immunsystem schädigen (immunsuppressiv wirken)
• das Erbgut schädigen (mutagen wirken)
• die Leibesfrucht schädigen (teratogen wirken)
• Organschäden (z. B. an Leber oder Niere) verursachen (hepatotoxisch oder nephrotoxisch wirken)
• bei Berührung Haut- und Schleimhautschäden (von Hautreizungen bis Nekrosen) verursachen
• enzymatische Stoffwechselprozesse hemmen oder einleiten
• allergische Reaktionen auslösen
• durch hormonelle Wirkungen Fruchtbarkeitsstörungen hervorrufen.

Eine Anzahl von Mykotoxinen besitzt die Fähigkeit, Bakterien an der Vermehrung zu hindern. Man spricht hier von einer antibiotischen Wirkung und nutzt diese Eigenschaft in verschiedenen Medikamenten gegen bakterielle Infektionen. Siehe auch: Penicillin.

Arten

Mykotoxine können entweder aufgrund einer ähnlichen Molekularstruktur oder nach den sie produzierenden Schimmelpilzgattungen zu Stoffgruppen zusammengefasst werden:

• Aflatoxine
• Alternaria-Toxine, wie z. B. Alternariol (AOH), Alternariolmonomethylether (AME), Altenuen und Tenuazonsäure
• Fusarium-Toxine, wie Trichothecene (z. B. Deoxynivalenol (DON), Nivalenol, T-2-Toxin), Zearalenone und Fumonisine
• Mutterkornalkaloide (Ergotalkaloide)
• Ochratoxine

Streng genommen müssten die Mutterkornalkaloide zu den Pilzgiften gerechnet werden. Denn der Produzent, das Mutterkorn (Claviceps purpurea), gehört zu den Großpilzen, da im Frühjahr kleine, aber deutlich erkennbare Fruchtkörper aus dem Sklerotium wachsen.

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  Salami mit Schadschimmel

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  Brot mit Schadschimmel

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  Roggenähre mit Mutterkorn

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  Roggen mit Mutterkorn verunreinigt

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  Schimmelwachstum auf Nektarinen

Liste von Mykotoxinen (Auswahl)

Name des Toxins / der Toxine	Hauptproduzenten	wesentl. Vorkommen	(Gift-)Wirkung
Aflatoxine	Aspergillus flavus Aspergillus parasiticus	Erdnüsse, Getreide, Mais, Feigen, Milch (carry over) Kontaminierte Räume (via Hautkontakt und Atemwege)	hepatotoxisch, karzinogen, akute Toxizität, Aflatoxin B1 = stärkstes mykotisches Karzinogen
Altenuen	Alternaria alternata Alternaria solani
Alternariol (AOH)	Alternaria alternata Alternaria solani	Obst, Gemüse, Tabak, Hirse, Nüsse	mutagen
Alternariolmonomethylether (AME)	Alternaria alternata Alternaria solani	Obst, Gemüse, Tabak, Hirse, Nüsse	mutagen
Cephalosporin	Cephalosporium acremonium		antibiotisch
Chaetomin	Chaetomium-Arten		nephrotoxisch, antibiotische Wirkung auf grampositive Bakterien
Citrinin	Aspergillus ochraceus Penicillium citrinum	Getreide	hepatotoxisch, nephrotoxisch, karzinogen
Deoxynivalenol (DON)	Fusarium culmorum Fusarium graminearum	Getreide	gastrointestinaler Reizstoff
Fumagillin	Aspergillus fumigatus		hemmt Angiogenese, antibiotisch
Fumonisine	Fusarium verticillioides Fusarium proliferatum Fusarium anthophilum	hauptsächlich Mais	möglicherweise karzinogen, teratogen
Fusarin C	Fusarium-Arten		mutagen, vermutlich karzinogen
Fusarinsäure (FA)	Fusarium-Arten		schwach toxisch, antibiotisch
Gliotoxin	Aspergillus fumigatus Aspergillus terreus Eurotium chevalieri Gliocladium fimbriatum		zytotoxisch, immunsuppressiv
Griseofulvin	Penicillium griseofulvum		antibiotisch
Kojisäure	Aspergillus- und Penicillium-Arten	Mais, wahrscheinlich viele andere Lebens- und Futtermittel	schwach mutagen, mäßig antibiotisch, im Tierversuch (i.p.) epilepsieartige Symptome
Moniliformin	Fusarium avenaceum Fusarium tricinctum Fusarium fusaroides Fusarium moniliforme	Gerste, Mais	gastroenteritisch, hämorrhagisch
Mutterkornalkaloide	Claviceps purpurea	Getreide	Ergotismus
Mycophenolsäure	Penicillium brevicompactum
Nivalenol	Fusarium culmorum	Gerste, Mais, Weizen	hämorrhagisch
Ochratoxin A (OTA)	Aspergillus ochraceus Penicillium viridicatum	Erdnüsse, Mais, Weizen, Baumwollsamenmehl	nephrotoxisch, dermatotoxisch, karzinogen
Patulin	Penicillium claviforme Penicillium expansum Penicillium griseofulvum Penicillium leucopus Penicillium clavatus Penicillium giganteus Penicillium terreus	Apfelsaft, Äpfel und andere Obstarten	hämorrhagisch, ödematös, im Tierversuch (sc.) karzinogen
Penicillin	Penicillium notatum		antibiotisch
Penicillinsäure	viele Penicillium- und Aspergillus-Arten	Mais, Futtermittel	antibiotisch, im Tierversuch (sc.) karzinogen
Penitrem A	Penicillium carneum Penicillium crustosum	Fleisch, Fleischerzeugnisse	neurotoxisch, tremorgen
Roquefortin	Penicillium roqueforti Penicillium commune	Reismehl u. a. Nahrungsmittel	neurotoxisch, paralytisch
Satratoxine	Stachybotrys chartarum		systemische Vergiftungserscheinungen
Sterigmatocystin	Aspergillus aurantiobrunneus Aspergillus nidulans Aspergillus quadrilineatus Aspergillus ustus Aspergillus variecolor Aspergillus versicolor	Hartkäse, grüne Kaffeebohnen, Gerste, Mais, Weizen, Reis	karzinogen, hepatotoxisch, nephrotoxisch
Tenuazonsäure	Alternaria alternata	Äpfel, Tomaten	antibiotisch, antiviral, geringe Toxizität, hemmt Proteinbiosynthese
Trichothecene	hauptsächlich Fusarium-Arten, auch Cephalosporium, Stachybotrys, Trichoderma	Getreide, kontaminierte Räume (via Hautkontakt und Atemwege)	vielfältig
T-2-Toxin	Fusarium culmorum Fusarium incarnatum Fusarium poae Fusarium solani Fusarium sporotrichioides Fusarium tricinctum Trichoderma lignorum	Gerste, Hirse, Mais, Kontaminierte Räume (via Hautkontakt und Atemwege)	dermatotoxisch
Viomellein	Aspergillus ochraceus Penicillium cyclopium Penicillium melanoconidium Penicillium freii Penicillium viridicatum		nephro- und hepatotoxisch
Verrucosidin	Penicillium aurantiogriseum Penicillium melanoconidium Penicillium polonicum		neurotoxisch
Verruculogen	Penicillium verrucosum Aspergillus fumigatus	Getreide	tremorgen, vermutlich tumorfördernde Wirkung
Xanthomegnin	Aspergillus-Arten Penicillium-Arten Trichophyton-Arten Microsporum-Arten	Fleisch, Fleischerzeugnisse	hepatotoxisch
Zearalenon (ZEA)	Fusarium avenaceum Fusarium culmorum Fusarium equiseti Fusarium gibbosum Fusarium lateritium Fusarium moniliforme Fusarium nivale Fusarium oxysporum Fusarium graminearum Fusarium sambucinum Fusarium tricinctum	Cornflakes, Gerste, Hafer, Hirse, Mais, Nüsse, Roggen, Sesammehl, Weizen	Wirkung als Östrogen, Infertilität

Ethanol (Ethylalkohol), das bei der anaeroben Metabolisierung von Zuckern durch manche Hefepilze (speziell Saccharomyces cerevisiae) entsteht, zählt zu den primären Stoffwechselprodukten und ist daher im engeren Sinn nicht zu den Mykotoxinen zu zählen.

Nachweismethoden

Für die Mykotoxin-Analytik gibt es einige physikalisch-chemische Methoden:

• Dünnschichtchromatographie (DC)
• Hochleistungsflüssigkeitschromatografie (HPLC)
• Gaschromatographie (GC)
• Kopplungen von HPLC und GC mit Massenspektrometern
• Fluoreszenzpolarisation (FP)

Bei diesen Untersuchungen werden die Substanzen mit organischen Lösungsmitteln aus dem Untersuchungsmaterial herausgelöst und in aufwändigen Verfahren soweit gereinigt und konzentriert, dass ein eindeutiger Nachweis ohne störende Substanzen möglich ist. Die HPLC/MS- und GC/MS-Kopplungen ermöglichen sowohl die sichere Identifizierung als auch Quantifizierung der verschiedenen Mykotoxine. Zur Gaschromatographie werden in der Regel Derivate (z. B. Trimethylsilylderivate) eingesetzt. Bei Einsatz der HPLC/MS-Kopplung können auch underivatisierte Mykotoxine vermessen werden. Als Ionisierungsmethoden sind sowohl die Elektronenstoßionisierung (EI) als auch die Chemische Ionisierung (CI) mit Quadrupol- und Ionenfallen-Massenspektrometern möglich. Für die Schnellanalytik bei der Rohstoffannahme in Lebensmittel- und Futtermittelbetrieben (speziell für DON und ZEA) gibt es immunologischen ELISA-Verfahren und Mykotoxin-Streifentests („Dipsticks“), die nach der Methode von „Kapillardiffusionstests“ oder „flow-through-Tests“ arbeiten. Neuerdings gibt es außerdem homogene Rapid Kinetic Assays, welche als Präzisionsschnelltests eine genaue quantitative Bestimmungen in unter 15 Minuten ermöglichen.

Höchstmengenverordnungen

EU-weit gilt die Verordnung (EG) Nr. 1881/2006 der Kommission zur Festsetzung der Höchstgehalte für bestimmte Kontaminanten in Lebensmitteln vom 19. Dezember 2006. In der Schweiz werden die Höchstgehalte von der Verordnung des EDI über die Höchstgehalte für Kontaminanten (Kontaminantenverordnung, VHK) festgelegt.

Literatur

• Frank Frössel: Schimmelpilze in Wohnungen. Wenn der Pilz zur Untermiete wohnt. Baulino Verlag, Waldshut-Tiengen 2006, ISBN 3-938537-18-3.
• Lutz Roth, Hanns K. Frank, Kurt Kormann: Giftpilze · Pilzgifte. Schimmelpilze · Mykotoxine. Vorkommen, Inhaltsstoffe, Pilzallergien. ecomed, Landsberg 1990, ISBN 3-609-64730-2.
• Rudolf Weber: Mycotoxine in Lebensmitteln. In: Chemie in unserer Zeit. 17. Jahrg. 1983, Nr. 5, S. 146–151, .
• Rolf Steinmüller: Mykotoxine und deren schneller Nachweis. Teil 1. In: Mühle + Mischfutter. 150. Jahrg. 2013, Heft 11, S. 343–349, .

Weblinks

Wiktionary: Mykotoxin – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Informationen zu den wichtigsten Mykotoxinen und ihren Detektionsmethoden (engl.)
• Informationen zum Thema Mykotoxine für Getreidebauern, Viehhalter, Futtermühlen, Wissenschaftler, Tiermediziner und Konsumenten (engl.)
• Homepage der Gesellschaft für Mykotoxinforschung (englisch)
• Höchstmengenregelungen für Mykotoxine in Lebensmitteln in der Europäischen Union (EU) und in Deutschland – Informationen des Bayerischen Landesamts für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit
• Mykotoxine – Informationen des Verbraucherportals VIS Bayern
• Toxische Pilze – Mykotoxine in Lebensmitteln – Informationen des Bundesamts für Lebensmittelsicherheit und Veterinärwesen
• Mykotoxine – Informationen von Agroscope