Champignons toxinogènes et mycotoxicoses

1. Champignons toxinogènes et mycotoxicoses Patrick BOIRON Laboratoire de Mycologie, Faculté de Pharmacie, Lyon, France

2. Champignons induisant des manifestations cliniques chez l’homme Différences essentielles entre champignons • Vénéneux (toxiques) : mycétismes • Toxinogènes : mycotoxicoses • Pathogènes stricts • Opportunistes • Allergènes : allergies fongiques mycoses

3. Champignons sur les denrées alimentaires • Champignons « bénéfiques » : industries fromagères (Penicillium, Geotrichum) et viticoles (levures sauvages ou sélectionnées)

4. Champignons sur les denrées alimentaires • La contamination initiale des denrées alimentaires non soumises à stérilisation ou pasteurisation, par des spores de moisissures est inévitable

5. Champignons sur les denrées alimentaires • Champignons « indésirables » : moisissures (Rhizopus, Aspergillus, Penicillium, etc.) banales ou toxiques (Aspergillus flavus, Aspergillus ochraceus, Penicillium expansum, etc.)

6. 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

7. Mycotoxines • Métabolites secondaires de faible poids moléculaire

8. 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

9. 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 ?)

10. Mycotoxines • Les connaissances concernent surtout les mycotoxicoses par ingestion (population générale)

11. Conditions physico-chimiques de développement • Disponibilité en eau • Température • Composition gazeuse • Influence du substrat

12. 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

13. Température • Conditionne la compétitivité • Rôle prépondérant sur la croissance, le développement et la physiologie • Eventail très large (optima : 20 – 25°C) • Croissance / survie

14. 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)

15. Température Classification en : • Thermophiles : Byssochlamys, Aspergillus fumigatus, … • Thermotolérants : Aspergillus niger, … • Mésophiles : Penicillium chrysogenum, Aspergillus versicolor, … • Cryophiles : Cladosporium, Alternaria, …

16. Composition gazeuse • Moisisures aérobies • Aérobies « tolérantes » • Rôle limitant et sélectif du rapport O2 / CO2 • Aptitude au confinement : Penicillium roqueforti • Anaérobies rares : Byssochlamys nivea

17. 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 !

18. 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

19. 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

20. 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

21. Exemple de produits contaminés par des moississures toxinogènes

22. Exemple de produits contaminés par des moississures toxinogènes

23. Exemple de produits contaminés par des moississures toxinogènes

24. Exemple de produits contaminés par des moississures toxinogènes

25. Moisissures et mycotoxines retrouvées dans divers aliments

26. Moisissures présentes dans les fourrages et produits en silo

27. Expression des mycotoxicoses

28. Formes aiguës de mycotoxicoses chez les animaux domestiques

29. Formes aiguës de mycotoxicoses chez les animaux domestiques

30. Implication de mycotoxines dans des épidémies chez l’homme

31. Implication de mycotoxines dans des épidémies chez l’homme

32. Implication de mycotoxines dans des épidémies chez l’homme

33. Aflatoxines

34. Mycologie • Aspergillus flavus • Aspergillus parasiticus • Penicillium verrucosum Aspergillus flavus Penicillium verrucosum Aspergillus parasiticus

35. Substrats • Nombreux produits agricole (arachides, céréales, tourteaux d’arachides, cacahuètes, …) • Incidence importante dans la nourriture animale et humaine en régions tropicales

36. 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

37. 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

38. 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)

39. 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

40. Métabolisme

41. 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

42. 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

43. Métabolisation • 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

44. 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

45. Biotoxicologie

46. 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

47. 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

48. Action sur les protéines • La synthèse des protéines intra- et extracellulaires est réduite

49. 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

50. 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