Champignons toxinogènes et mycotoxicoses Patrick BOIRON Laboratoire de Mycologie, Faculté de...
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Champignons toxinogènes et mycotoxicoses
Patrick BOIRON
Laboratoire de Mycologie, Faculté de Pharmacie, Lyon, France
Champignons induisant des manifestations cliniques chez
l’homme
Différences essentielles entre champignons
• Vénéneux (toxiques) : mycétismes
• Toxinogènes : mycotoxicoses
• Pathogènes stricts
• Opportunistes
• Allergènes : allergies fongiques
mycoses
Champignons sur les denrées alimentaires
• Champignons « bénéfiques » : industries fromagères (Penicillium, Geotrichum) et viticoles (levures sauvages ou sélectionnées)
Champignons sur les denrées alimentaires
• La contamination initiale des denrées alimentaires non soumises à stérilisation ou pasteurisation, par des spores de moisissures est inévitable
Champignons sur les denrées alimentaires
• Champignons « indésirables » : moisissures (Rhizopus, Aspergillus, Penicillium, etc.) banales ou toxiques (Aspergillus flavus, Aspergillus ochraceus, Penicillium expansum, etc.)
Champignons sur les denrées alimentaires
• Le développement des moisissures sur les denrées alimentaires peut conduire :
• A une dépréciation de leur valeur nutritionnelle et une altération de leurs caractères organoleptiques,
• A des risques pour le consommateur (animal ou homme) et le manipulateur : mycoses (Aspergillus fumigatus), allergies (foin moisi), mycotoxicoses
Mycotoxines
• Métabolites secondaires
de faible poids moléculaire
Mycotoxines
• Fixées au niveau des spores ou excrétées dans le milieu contaminé (aliments, eau) toxicité potentielle ou réelle pour les hommes et les animaux par :
• Inhalation
• Ingestion
• Plus rarement, par contact
Mycotoxines
• Mycotoxines inhalées partiellement solubles dans l’eau pulmonaire des alvéoles :
circulation générale
troubles généraux respiratoires et/ou spécifiques d’organes (milieux professionnels industriels et agricoles ; domestique ?)
Mycotoxines
• Les connaissances concernent surtout les mycotoxicoses par ingestion (population générale)
Conditions physico-chimiques de développement
• Disponibilité en eau
• Température
• Composition gazeuse
• Influence du substrat
Disponibilité en eau
• Germination conditionnée par l’activité en eau (aw) dans la spore
• Croissance du mycélium conditionnée par l’eau disponible dans le substrat
• Classification en :
• Xérophiles : Aspergillus restrictus, A. glaucus, A. versicolor
• Mésophiles : Aspergillus flavus, A. nidulans, A. fumigatus, Penicillium expansum, P. cyclopium
• Hygrophiles : Cladosporium, Fusarium, Mucorales
Température
• Conditionne la compétitivité
• Rôle prépondérant sur la croissance, le développement et la physiologie
• Eventail très large (optima : 20 – 25°C)
• Croissance / survie
Température
• Cladosporium herbarum : croît à – 6°C et survit à – 20°C
• Aspergillus flavus : survit à 35°C dans les tunnels de pâtes
• Aspergillus fumigatus tolère 55°C
• Byssochlamys germe après 10 min à 85°C
• Ascospores de Neurospora germent après 20 min à 130°C (four de boulangerie)
Température
Classification en :
• Thermophiles : Byssochlamys, Aspergillus fumigatus, …
• Thermotolérants : Aspergillus niger, …
• Mésophiles : Penicillium chrysogenum, Aspergillus versicolor, …
• Cryophiles : Cladosporium, Alternaria, …
Composition gazeuse
• Moisisures aérobies
• Aérobies « tolérantes »
• Rôle limitant et sélectif du rapport O2 / CO2
• Aptitude au confinement : Penicillium roqueforti
• Anaérobies rares : Byssochlamys nivea
Influence du substrat
• Rupture des défenses naturelles (graines, fruits, etc.)
• Résistance mécanique au tassement (volume d’air intergranulaire en stockage)
• Sélection naturelle des espèces cellulolytiques : Stachybotrys sur pailles
• Spécificité d’hôte : Penicillium expansum sur pommes
• A contrario : Penicillum roqueforti sur gélose !
Conditions biologiques de développement
• Intensité de la sporulation
• Longévité des spores
• Compétitivité entre espèces biologiques :
• Fongiques : Trichoderma viridae est presque exclusif
• Bactériennes : vitesse de croissance, pH, aw
Mycotoxicogénèse
Grande diversité de familles chimiques(conséquence du métabolisme secondaire)
• Dérivés des acides aminés
• Alcaloïdes de l’ergot de seigle, acide aspergillique, gliotoxine, roquefortine, sporidesmines
• Voie des polyacétates
• Aflatoxines, acide pénicillinique, citrinine, fumonisines, ochratoxines, patuline, stérigmacystine, zéaralénone
• Dérivés des terpènes
• Diacétoxyscirpénol, déoxynivalénol, trichothécènes, verrucarines
Moisissure ? mycotoxine
• La présence – à un moment donné – d’une moisissure toxinogène est nécessaire pour qu’il y ait éventuellement production de mycotoxine
• La présence d’une moisissure – même toxinogène – n’implique pas obligatoirement la présence de mycotoxine
• L’absence de moisissure n’implique pas obligatoirement l’absence de mycotoxine
Exemple de produits contaminés par des moississures toxinogènes
Denrées Espèces toxiques contaminantes Mycotoxines probables
Blé, farine, pain, maïs, chips
- Aspergillus flavus, A. ochraceus, A. versicolor
- Penicillium citrinum, P. citreoviride, P. cyclopium, P. martensii, P. patulum, P. pubertum
- Fusarium moniliforme
Aflatoxines, Ochratoxine A
Stérigmatocystine
Acide pénicillique
Patuline
Désoxynivalénol (DON)
Zéaralénone
Fumonisine
Arachide, noix
- Aspergillus flavus, A. ochraceus, A. versicolor
- Penicillium citrinum, P. cyclopium, P. expansum
Aflatoxines, Ochratoxine A
Stérigmatocystine
Trichothécènes
Cytochalasines
Patuline
Acide cyclopiazonique
Exemple de produits contaminés par des moississures toxinogènes
Denrées Espèces toxiques contaminantes Mycotoxines probables
Tourte à la viande, viande cuite, fromage, cacao, houblon
- Aspergillus flavus
- Penicillium viridicatum, P. roqueforti, P. patulum, P. commune
Aflatoxines, Ochratoxine A
Stérigmatocystine
Acide pénicillique
Patuline
Viandes, porc salé, fromage
- Aspergillus flavus, A. ochraceus, A. versicolor
- Penicillium viridicatum, P. cyclopium
Aflatoxines, Ochratoxine A
Stérigmatocystine
Acide pénicillique
Patuline, Pénitrem A
Poivre noir et rouge, pâtes
- Aspergillus flavus, A. ochraceus Aflatoxines, Ochratoxine A
Exemple de produits contaminés par des moississures toxinogènes
Denrées Espèces toxiques contaminantes Mycotoxines probables
Fèves, orge, maïs, sorgho, soja
- Aspergillus flavus, A. ochraceus, A. versicolor
- Penicillium citrinum, P. cyclopium, P. viridicatum, P. expansum, P. islandicum, P. urticae
- Fusarium moniliforme
- Alternaria
Aflatoxines, Ochratoxine A
Stérigmatocystine
Acide pénicillique
Citrinine
Patuline
Griséofulvine
Alternariol
Pâtisserie réfrigérée ou congelée
- Aspergillus flavus, A. versicolor
- Penicillium citrinum, P. cyclopium, P. viridicatum, P. martensii, P. citreoviride, P. urticae, P. palitans, puberulum, P. roqueforti
Aflatoxines, Ochratoxine A
Stérigmatocystine
Acide pénicillique
Citrinine, Pénitrem A
Exemple de produits contaminés par des moississures toxinogènes
Denrées Espèces toxiques contaminantes Mycotoxines probables
Denrée alimentaire (stockage domestique)
- Aspergillus
- Penicillium
- Fusarium oxysporum
Aflatoxine, Ochratoxine A
Acide kojique
Patuline, Pénitrem A
Acide pénicillique
Trichothécènes
Pomme et produits dérivés de pomme
- Penicillium expansum Patuline
Moisissures et mycotoxines retrouvées dans divers aliments
Champignon Toxines Denrées
Aspergillus Aflatoxines, stérigmatocystine, ochratoxine A
Maïs, arachides, graines de coton, graines de potiron, riz, haricot, tissus d’animaux (jambon, lard, saucisses,
lait et dérivés
Fusarium Trichothécènes (désoxynivalénol = DON, nivalénol = NIV, toxine T2,
diacétoxyscirpénol = DAS), zéaralénone, fumonisine, fusarine, moniliformine
Blé, maïs, orge, riz, seigle, avoine, noix
Penicillium Patuline, citrinine, pénitrem A, acide cyclopiazonique, ochratoxine A
Fruits et jus de fruits, blé, riz, fromage, noix
Alternaria Alternariol, acide ténuazonique Fruits, légumes et produits dérivés de pommes et tomates
Claviceps Alcaloïdes de l’ergot Blés et dérivés, seigle
Moisissures présentes dans les fourrages et produits en silo
Espèce fongique MycotoxineAspergillus flavus, A. parasiticus
Aspergillus ochraceus
Aspergillus fumigatus
Aspergillus versicolor
Penicillium veridicatum, P. cyclopium
Penicillium aurantogriseum
Penicillium roqueforti
Pithomyces chartarum
Wallamia sebi
Stachybotris atra
Aflatoxines, acide cyclopiazonique
Ochratoxine A
Fumigaclavines, gliotoxine
Stérigmatocystine
Ochratoxine A, citrinine, acide cyclopiazoniqueVerrucosidine, viomelléine, xanthomégnine
Fumiclavine, roquefortine, PR toxine
Sporodesmine
Walleminol A
Satratoxines
Espèce fongique MycotoxineFusarium culmorum, F. graminearum, F. sporotrichoides
Fusarium moniliforme
Claviceps
Alternaria
Acremonium lolii
Acremonium coenophialum
Phomopsis leptostromiformis
Désoxynivalénol (DON), toxine T2, diacétoxyscirpénol (DAS), zéaralénone
Fumonisine, moniliformine
Ergotamine, ergostine, ergocrystine, acide lysergique
Acide ténuazonique, alternariol
Lolitrem, paxilline
Ergopeptine
Phomopsines
Expression des mycotoxicoses
Cutanée Nerveuse Vasculo-sanguine
Génitale Hépato-biliaire et rénale
Ergotisme
Eczéma facial des ruminants
Dermatose des manipulateurs de céleri
(Gangrène sèche de la fétuque)
(Hyperkératose des bovins)
Clavatoxicose
Diplodia-toxicose
Sialorrhée des ruminants
Leuco-encéphalomalacie des équidés
(Maladie des tremblements)
Aleucie toxique alimentaire
Fusariotoxicose
Stachybotriotoxicose
Maladie du mélilot âgé
Zéaralénone toxicose
Phyto-oestrogènes : coumestrol
Aflatoxicose
Eczéma facial des ruminants
Ochratoxicose (± citrinine)
(Néphropathie endémique des Balkans)
Phomopsis-toxicose (lupinose)
Formes aiguës de mycotoxicoses chez les animaux domestiques
Mycotoxicose Espèces fongiques
Mycotoxines Espèces animales
Syndrome primaire
Fusariose Fusarium moniliforme
Fumonisine B1 Porc Œdème pulmonaire
Vomitoxicose Fusarium sporotrichoides
Désoxynivalénol Porc Entérite, vomissements
T2 toxicose Fusarium Toxine T2 Porc, veau, volailles
Nécrose dermique, gastroentérite
DAS toxicose Fusarium Diacétoxyscirpénol Porc Nécrose du tube digestif, hémorragies
Leucoencéphalomalacie
Fusarium moniliforme
Fumonisine B1 Cheveau Incoordination des mouvements
F2 toxicose Fusarium graminearum
Zéaralénone Porc Oestrogénisme
Formes aiguës de mycotoxicoses chez les animaux domestiques
Mycotoxicose Espèces fongiques
Mycotoxines Espèces animales
Syndrome primaire
Aflatoxicose Aspergillus spp. Aflatoxines Volailles, veau, porc, chien
Hépatite, hémorragies, mort
Ergotisme Claviceps Acide lysergique Veau, mouton, poulet Gangrène, crise nerveuse, baisse de la reproduction
Eczéma facial Phitomyces
Chartarum
Sporidesmines Mouton, veau Photosensibilisation, cholangiome
Ochratoxicose Aspergillus ochraceus
Penicillium viridicatum
Ochratoxine A Porc, dindons, volailles Néphropathie
Stachybotryotoxicose Stachybotrys atra Satratoxine, verrucarine Chevaux Nécrose dermique, gastroentérite, dépression du système hématopoïétique
Trémor Acremonium spp. Pénitrem A Veau, mouton, chien Ataxie, prostration
Slaframine toxicose Slaframine Veau, mouton Salivation, diarrhée, polyurie
Implication de mycotoxines dans des épidémies chez l’homme
Maladie
(aiguë)
Symptômes Espèces fongiques
Mycotoxines Substrats Pays
Ergotisme gangréneux
Vasoconstriction, gangrène
Claviceps purpurea, C. fusiformis
Alcaloïdes de l’ergot
Seigle, céréales Ethiopie, Inde
Aleucie toxique alimentaire (ATA)
Brûlures digestives, nausées, vomissements
Fusarium spp. Trichothécènes Céréales, pain Russie, Japon, Corée
Maladie de Kaschim-Beck
Arthrite osseuse
Fusarium spp. Trichothécènes Céréales Chine
Onyalai Hémorragie du rhino-pharynx et tube digestif
Phoma sorghina
Acide ténuazonique
Millet Afrique du Sud
Béribéri cardiaque
Anomalie cardiaque, mort par dépression respiratoire
Penicillium Citréoviridine Riz Japon
Implication de mycotoxines dans des épidémies chez l’homme
Maladie
(aiguë)
Symptômes Espèces fongiques
Mycotoxines Substrats Pays
Kwashiorkor Dénutrition énergétique
Aspergillus parasiticus
Aflatoxines Céréales Kenya, Soudan (enfant)
Syndrome de Reye
Accumulation d’acides gras : foie, rein, cœur, encéphalopathie, œdème
Aspergillus parasiticus
Aflatoxines Céréales Thaïlande (enfant)
Kodua Somnolence, perte d’équilibre, troubles nerveux
Aspergillus flavus Acide cyclopiazonique
Millet Inde
Hépatite aiguë Jaunisse, œdème Aspergillus flavus, Aspergillus parasiticus
Aflatoxines Céréales (maïs) Inde, Afrique
Dermatite Allergie cutanée Sclerotinia Psoralène Céleri
Implication de mycotoxines dans des épidémies chez l’homme
Maladie
(chronique)
Symptômes Espèces fongiques
Mycotoxines Substrats Pays
Cancer de l’œsophage
Tumeurs Fusarium spp. Fumonisine, fusarine C
Céréales Afrique du Sud
Cirrhose (enfant)
Nécrose du foie Aspergillus spp. Aflatoxine Céréales Inde
Hépato-carcinomes
Tumeur du foie Aspergillus spp. Aflatoxine Céréales Afrique, Inde
Néphropathie endémique
Nécroses des tubules et glomérules
Penicillium verrucosum
Aspergillus ochraceus
Ochratoxine A Céréales Ex-Yougoslavie, Bulgarie
Aflatoxines
Mycologie
• Aspergillus flavus
• Aspergillus parasiticus
• Penicillium verrucosum
Aspergillus flavus
Aspergillus parasiticus
Penicillium verrucosum
Substrats
• Nombreux produits agricole (arachides, céréales, tourteaux d’arachides, cacahuètes, …)
• Incidence importante dans la nourriture animale et humaine en régions tropicales
Conditions de croissance des souches toxinogènes
• Températures :
• Minimale : 12 °C
• Maximale : 42 °C
• Optimale : 28 – 30 °C
• Humidité relative en eau : 80 %
• Infection au champ, mais surtout au stockage
Toxinogénèse
• La croissance des champignons toxinogènes et la production d’aflatoxines sont influencées par différents facteurs :
• Le type de substrat
• La teneur en humidité
• La température
• Les dommages éventuels du substrat
• L’humidité relative de l’environnement
Structures et propriétés physico-chimiques
• 1963 : Asao propose la structure chimique des aflatoxines : ce sont des flavocoumarines
• Stables à la chaleur (250 °C), au froid, à la lyophilisation
• Instables à la lumière et aux UV
• Hydrolysables en milieu alcalin
• Solubles dans les solvants peu polaires (méthanol)
Biosynthèse
• 1992 : Chang découvre le gène responsable de la biosynthèse des aflatoxines
• Le cluster (zone regroupant les gènes) des aflatoxines est situé sur un fragment de 7,5 kb d’un chromosome de 4,9 Mb
• La biosynthèse des aflatoxines est composée de 4 grandes étapes générant des intermédiaires issus de diverses réactions chimiques et enzymatiques sous le contrôle du cluster aflR
Métabolisme
Absorption
• Voie orale
• Leur lipophilie gouverne leur absorption par un phénomène de diffusion passive
• Maximale à un pH 5 et au niveau du jéjunum
• Voie respiratoire
Distribution
• Liaisons non covalentes avec l’albumine et l’hémoglobine
• Phénomène de diffusion pour pénétrer dans le cytoplasme
• Stockage dans l’organisme par liaisons covalentes avec molécules tissulaires
• Passage trans-placentaire
• Pour être toxique ou mutagène, l’aflatoxine doit être métabolisée
• La métabolisation est principalement réalisée par l’intervention des cytochromes hépatiques :
• Epoxydation par l’intervention de cytochromes P450 hépatique et pulmonaire
• Hydroxylation
• O-déméthylation
• Epoxyde hydrolase ou glutathion-S-transférase
• Réduction en aflatoxicol par la NADPH réductase
Métabolisation
Elimination
• Par voie biliaire
• Représente 60 % de l’élimination totale
• Surtout des métabolites conjugués
• Parfois aflatoxine B1 sous forme libre
• Par voie urinaire
• Présence d’autres métabolites
• Servent de marqueurs dans les intoxications
• Par voie lactée
• Uniquement aflatoxine M1
• Problèmes pour l’allaitement
• Problèmes pour les denrées à base de lait
Biotoxicologie
Action sur les synthèses cellulaires
Action sur l’ADN
• L’aflatoxine B1 ou son époxyde peut s’intercaler au sein de l’ADN
• L’aflatoxine B1 se fixe plus fortement dans les zones transcrites
• Cette fixation dépend de la séquence nucléotidique et de la taille du fragment
• Le site préférentiel est au niveau de la guanine dans les séquences contenant des cytosines
Action sur les synthèses cellulaires
Action sur l’ARN
• L’aflatoxine B1 a une grande affinité pour l’ARN nucléaire et cytoplasmique et elle en affecte le métabolisme par inhibition de l’activité de l’ARN-polymérase
• L’effet varie en fonction de la dose d’aflatoxine B1
Action sur les protéines
• La synthèse des protéines intra- et extracellulaires est réduite
Action sur les métabolismes
Métabolisme des glucides
• Réduction du glycogène hépatique
• Interférence avec le métabolisme énergétique des cellules animales
• Inhibition de la consommation d’oxygène des tissus
Action sur les métabolismes
Métabolisme des lipides
• Accumulation de lipides dans le foie
• Diminution des concentrations sériques du cholestérol, des triglycérides, des phospholipides
• Perturbation de la synthèse et le transport des lipides
• Perturbation de l’absorption et la dégradation des lipides
Immunotoxicité
• Effets immunosuppresseurs après ingestion (et inhalation)
• Prédisposition à une surinfection par diminution des défenses immunitaires
Tératogénicité
•Malformations fœtales
Prévention
Prévention : lutte contre la contamination
Avant la récolte
• Utilisation de souches aspergillaires non aflatoxicogènes :
• Agent biocompétitif
• En plein essor
• Uniquement dans les pays industrialisés car coûteuse
Prévention : lutte contre la contamination
• Autres moyens
• Élimination des pieds desséchés
• Irrigation suffisante
• Sélection de variétés de culture
Prévention : lutte contre la contamination
Lors de la récolte
• Le ramassage
• A maturation
• Manuel ou mécanique
• Le nettoyage et la séparation
• Début du traitement industriel (taux résiduel d’aflatoxines possible)
Prévention : lutte contre la contamination
• Le séchage
• Teneur en humidité < 9 %
• Souvent à l’air libre en Afrique
• Le stockage
• Dans des silos le plus souvent
• Atmosphère contrôlée (température, humidité, CO2, …)
Prévention : lutte contre la contamination
Le triage
• Manuel
• Dans les pays sous développés
• Analyses macroscopiques et morphologiques
• Mécanique
• Sélection par pression – dépression
• Procédés Sortex, Zig-Zag, Wogan
Prévention : détoxification
Les traitements physiques
• Inactivation thermique
• Inactivation totale à partir de 267 °C
• Diminution de la qualité et de la quantité des protéines
• Irradiation
• Rayon gamma, UV, micro-ondes
• Adsorption par les solvants
• Utilisation de boue, de charbon activé, …
Prévention : détoxification
Les traitements chimiques
• Moins coûteux que les autres techniques
• Applicables sur les aliments, les concentrés, …
• Existence de deux sites d’ouverture entraînant l’inactivation de l’aflatoxine B1
Prévention : détoxificationLes traitements chimiques
• Ammoniation : méthode de référence
• Bisulfites
• Chlore : effets mutagènes
• Ozone : peu d’information
• Hypochlorite de sodium : grande efficacité
• Peroxyde d’hydrogène (uniquement en milieu liquide basique) : modification de la qualité protéique (et donc de la valeur nutritive)
Prévention : détoxification
La décontamination biologique
• Bioconversion : Mucor griseocyanus
Ochratoxine A
Mycologie
• Genre Aspergillus
• Aspergillus ochraceus
• Aspergillus niger
• Aspergillus carbonarius
Mycologie
• Aspergillus ochraceus
• Croissance : température optimale de 24 à 37 °C ; pH de 3 à 10
• Sur milieux de Czapek : colonies granuleuses de couleur ocre, revers brun jaunâtre
Mycologie
• Genre Penicillium
• Penicillium verrucosum ou Penicillium viridicatum
• Principal producteur d’ochratoxine A en climats tempérés (20 °C)
• Thalle velouté vert - bleu à vert - gris et revers orange-brun sur milieu CYA
Patuline
Mycologie
• La patuline est produites par des divers champignons appartenant aux genres :
• Penicillium : P. expansum, P. patulum, P. claviforme, …
• Aspergillus : A. clavatus, A. gigantus, A. terreus
• Paecilomyces variotii
• Byssochlamys : B. nivea, B. fulva
Penicillium expansum
• Principal responsable des contaminations
• Colonie verte terne, avec un mycélium blanc en marge et un exsudat orange brun caractéristique
• Champignon bi ou triverticillé, avec un conidiophore lisse, des métules et des phialides rassemblées en verticilles et des conidies elliptiques
Conclusion
• Connaissances scientifiques très insuffisantes : requièrent la collaboration de mycologues, médecins, pharmaciens, vétérinaires et toxicologues
Conclusion
• Principaux axes de recherche :
• Ecologie des champignons et conditions de sécrétion
• Moyens préventifs de lutte
• Méthodes chimiques et biologiques de détection rapide
• Détoxification sans dénaturation
• Recherche des mycotoxines comme causes possibles de maladies humaines mal connues