МИКОТОКСИЧНЫЕ ГРИБЫ В АНТРОПОГЕННО НАРУШЕННЫХ ПОЧВАХ

Важнейшим направлением исследования негативных последствий антропогенных изменений почвенной микобиоты является определение изменения присутствия токсинообразующих грибов. С этих позиций можно рассматривать возможности накопления фитотоксичных (токсичных для растений), зоотоксичных (токсичных для животных) и микотоксичных (токсичных для человека) видов.

Определение видов грибов, продуцирующих фитотоксины, изучение распространения и развития этих видов в различных почвенно-экологических условиях, определение возможности поступления в окружающую среду и растения фитотоксических веществ и т.д. широко исследовались в почвенной микологии в 60-80-х годах XX века. Было показано, что многие почвенные микромицеты, в первую очередь представители родов Penicillium, Fusarium, Aspergillus и ряда темноокрашенных грибов, являются продуцентами разнообразных фитотоксинов [ Мирчинк, 1988 и др.].

Установлена и возможность образования токсинов в почве. Это было доказано при заражении почв культурами фитотоксичных грибов. Фитотоксины обнаруживались в почвах после обогащения грибами-продуцен- тами, особенно при одновременном добавлении органических субстратов, например, при мульчировании соломой, что способствовало росту грибов. Образуясь в почвах, фитотоксины могут поступать в растения, вызывая серьезные изменения в процессах обмена веществ. Помимо выявления возможности образования токсинов в почве очень важен вопрос о длительности их сохранения, адсорбции и инактивации. Длительность сохранения в почве зависит как от свойств токсина, так и от свойств почвы. Показано, что токсины, например, у ряда видов грибов рода Penicillium, легко вымываются из почв в грунтовые воды и быстро инактивируются [Мирчинк, 1988].

В связи с доказанностью возможности образования токсинов в почвенных условиях широко проводились исследования по определению распространения токсинообразующих грибов в различных типах почв.

Исследование различных типов антропогенного воздействия (промышленного загрязнения тяжелыми металлами, кислотными осадками и др.) не выявило существенных изменений в присутствии грибов продуцентов фитотоксинов. Иногда тенденция их аккумуляции прослеживалась при длительном агрономически неправильном сельскохозяйственном использовании почв, например, при применении минеральных удобрений в несбалансированных дозах. Так, длительное (более 20 лет) и несбалансированное применение азотных и азотно-калийных удобрений на кислых дерново-подзолистых почвах наряду с ухудшением их физико-химических свойств приводило к накоплению некоторых токсинообразующих грибов рода Penicillium [Марфенина, 1978; Гузев, 1988].

Условия развития в почвах микроскопических грибов, продуцирующих вторичные метаболиты, токсичные для человека и животных, исследованы пока в меньшей степени. Состав и свойства зоотоксичных грибов, способных заражать корма сельскохозяйственных животных, давно и активно исследуют в ветеринарной микологии. Первоначально высокий уровень токсичности был показан для некоторых темноокрашен- ных грибов, например, Dendrodochium toxicum, «Stachybotrys alternans» (=Stachybotrys chartarum). В дальнейшем и в настоящее время большое внимание уделялось исследованию токсинов грибов рода Aspergillus, особенно, A.flavus, а также токсинообразующих грибов рода Fusarium, вызывающих заболевания птицы и ряда сельскохозяйственных животных [Саркисов, 1985; и др.].

В последние десятилетия начали активно проводиться исследования грибов, токсичных для человека. В этих работах определяется состав продуцентов, строение токсичных веществ у грибов и характер их действия.

Таблица 22

Токсины грибов и их действие на микроорганизм [по Блинов, 2002]

Одними из наиболее опасных для человека считают афлотоксины [Кравченко, 1985]. Афлотоксинам (теперь их известно более полутора десятков) 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. Первоначально возможность продуцировать афлотоксины была показана для вида A.flavus, но к настоящему времени доказано, что продуцировать эти токсины могут представители других видов рола. Aspergillus: A. parasiticus, A. glaucus,A. niger или даже рода Penicillium - Р citrinum, Р digitatum и др. Из других, не приведенных в таблице микроми- цетов, токсигенностью обладают также виды из родов Alternaria, Cladosporium, Helmintosporium, Paecilomyces, Sporodesmium и др. [Блинов, 2002].

Следует отметить, что присутствие видов, известных как продуценты микотоксинов, отнюдь не указывает на то, что микотоксины непременно образовывались. С другой стороны имеются сведения, что микотоксины могут сохраняться в среде уже после отмирания грибов-продуцентов [Tuomi et al., 2000].

Возможность продуцировать микотоксины может отличаться у различных штаммов одного и того же вида. Например, в последние годы большое внимание уделяют микотоксинам, образуемым видом Stachybotrys chartarum. При этом приблизительно 1/3 штаммов S. chartarum может не продуцировать типичный для этого вида сатратоксин.

В настоящее время пересматривают традиционное понимание микотоксикозов, которые преимущественно связывали с потреблением пищи, загрязненной токсинами грибов. Попадание микотоксинов в организм человека возможно и во внешней среде, в результате вдыхания спор или контакта гриба с кожей. Такие пути поступления, например, предполагаются для трихотецина. Продуцировать высоко токсичные метаболиты трихо- тециновой группы способен S. chartarum. Эти токсины, расцениваются как одни из наиболее опасных, т.к. могут вызывать повреждение легких и гематологические заболевания. Показано, что в результате вдыхания спор S. chartarum, содержащих сатратоксин, при определенном уровне содержания спор в воздушной среде, у людей могут наблюдаться микотоксико- зы [American., 2003].

В последние годы особое значение придают проблеме микотоксикозов человека, которые вызываются летучими органическими веществами (volatile organic compounds - VOC) [Larsen, Frisvad, 1994, и др.]. Летучие микотоксины - это низкомолекулярные вещества - спирты, кетоны, альдегиды, которые могут образовываться в процессах первичного и вторичного метаболизма. Для некоторых из таких веществ грибного происхождения показан выраженный токсический эффект. Например, триходин вызывает заболевания кожи, раздражение глаз и носа, головную боль и т.д.

Летучие токсичные вещества могут оказать воздействие на человека прежде всего в замкнутых помещениях, при развитии в них плесневых грибов. Возможность поступления таких веществ к человеку не отрицают и для природной среды. Однако эффект летучих метаболитов для здоровья людей трудно предсказать, так как трудно определить время действия микотоксинов и их дозу. Кроме того, до сих пор нет четких стандартов ни для уровня содержания грибов, ни для продуцируемых ими аллергенов и микотоксинов даже для помещений. Поэтому интенсивный рост микроскопических грибов в помещениях, а в определенных ситуациях и во внешней среде, уже может быть расценен как опасность.

Во многих случаях источником поступления грибов-продуцентов токсических веществ является почва. Чем выше уровень присутствия микоток- сичных грибов в почве, тем вероятнее их попадание на продукты питания и/или непосредственный контакт с человеком. Опасными для человека могут оказаться и некоторые местообитания во внешней среде, в первую очередь, где имеются активно заселенные микроскопическими грибами растения или зараженные грибами растительные остатки.

Важными продуцентами микотоксинов являются некоторые виды рода Fusarium (F. graminearum, F. nival е, F. sporotrichoides). Эти виды могут развиваться на широком наборе растений, но, в первую очередь, поражают хлебные и дикорастущие злаки, активно развиваются на пожнивных остатках. Они часто выделяются из почв в умеренных широтах, особенно на луговых или пахотных угодьях.

Грибы рода Aspergillus, в том числе и известные как важные токсино- образователи, - типичные почвенные обитатели. В ненарушенных природных условиях они распространены преимущественно в условиях теплого влажного климата в южных широтах. Могут развиваться, хорошо сохраняться и в жарких засушливых условиях. Для России зоны наиболь- щего разнообразия грибов рода Aspergillus - это почвы зоны степей, по- лупустынь, субтропиков. Еще южнее, в тропических жарких и влажных условиях представители рода Aspergillus, обычно доминируют. Из почв они могут легко заноситься на сельскохозяйственную продукцию. Классическим примером негативных последствий такого заноса может быть заражение произведенного в Индии земляного ореха (арахиса) микоток- сичным грибом Aflavus. Использование зараженной афлатоксинами арахисовой муки в качестве корма для индюшат привело к их массовой гибели от токсикоза в Англии [Мюллер, Лефлер, 1995].

В природных условиях северных и умеренных широт, типичных для основной территории России, в почвах, воздухе и т.д., обилие и разнообразие грибов рода Aspergillus обычно невелико. Однако антропогенное изменение природных экосистем приводит и к изменению грибных сообществ, в результате которого нарушаются и закономерности природного распределения микроскопических грибов. А именно, как мы отмечали выше, в северных и умеренных широтах, в почвах города, а также в почвах и лесных подстилках на пригородных рекреационных территориях, наблюдается увеличение обилия видов рода Aspergillus, в том числе и Aflavus, А Лег reus, A.fumigatus, A.versicolor.

Теоретически, в нарушенных, антропогенно измененных условиях среды можно ожидать увеличение присутствия микроскопических грибов, обладающих способностью к токсинообразованию, так как микотоксины способствуют выживанию отдельных видов грибов при неблагоприятных условиях в конкуренции с другими видами микроорганизмов. Некоторые тенденции таких изменений в антропогенно измененных экосистемах были отмечены нами при исследовании токсинообразующей способности у характерных для умеренных широт микроскопических грибов рода Penicillium.

Виды этого рода могут продуцировать различные микотоксины, однако, в последние годы большое внимание придают их способности образовывать высокотоксичные соединения алкалоидной природы [Решетилова и др., 1993; Frisvad, Filtenborg, 1989 и др.]. В наших совместных исследованиях [Козловский и др., 1997] особое внимание было уделено индолсодержащим алкалоидам, как одной из важных групп токсичных метаболитов этого рода. Было установлено, что многие исследованные виды рода Penicillium обладают четко выраженными микотоксичными свойствами. Причем обилие ряда токсинообразующих видов часто было выше в городских условиях по сравнению с ненарушенными природными экосистемами. При анализе профилей вторичных метаболитов изучаемых культур грибов особое внимание было уделено индолсодержащим алкалоидам, как одной из активно исследуемых в настоящее время важных групп токсичных метаболитов этого рода. Некоторые из результатов этих анализов представлены в таблице 23.

Таблица 23

Вторичные метаболиты изученных грибов рода Penicillimn

Наибольшей продуктивностью и широким спектром синтезируемых метаболитов обладали грибы тех видов, у которых и коллекционные штаммы известны как обладающие высокой токсинобразующей способностью. В большинстве случаев у исследованных видов грибов, микотоксины продуцировались штаммами Penicillium chrysogenum, R granulation, P. spinulosum, P vulpinum, Некоторые штаммы, выделенные из городской среды, - Р aurantiogriseum, Р chrysogenum, Р spinulosum, Р vulpinum - продуцировали микотоксины, ранее не известные для этих видов. Например, штамм Р chrysogenum, выделенный из комнатной пыли, продуцировал в значительных количествах (до 10 мг/л) клави- новые алкалоиды (фумигаклавин А,Б, пироклавин). Штамм Р vulpinum, выделенный из городских почв, продуцировал в больших количествах

(до 100 мг/л) такой опасный для людей и животных токсин как 7а 0-цик- лопиазоновая кислота.

Итак, процесс образования микотоксинов отличается у штаммов одного вида и может зависеть от условий среды. Поэтому экстраполировать прямые связи между возрастанием уровня экологической опасности и выделением видов, для штаммов которых известны микотоксичные свойства, представляется не совсем корректным. Однако увеличение содержания видов, уже известных как микотоксичные, в антропогенных экосистемах, особенно в городских условиях, и установленная для ряда выделенных нами из антропогенных местообитаний штаммов возможность продуцировать значительные количества микотоксинов, дают основания полагать, что в совокупности эти явления могут иметь экотоксико- логическое значение.