Грибы рода Alternaria: токсигенность, таксономия и распространение

Введение. Микроскопические грибы широко распространены в окружающей среде и играют важную роль в круговороте веществ в природе, способствуя разложению растительных и животных остатков. Микромицеты представляют интерес для прикладных и фундаментальных исследований, в частности их используют для производства ферментов, органических кислот и других биологически активных веществ. При определенных условиях микроскопические грибы могут вызывать заболевания у растений, животных и человека [1].

Вторичные метаболиты плесневых грибов – микотоксины – обладают сильными токсическими свойствами. Микотоксины вызывают снижение общего иммунитета организма, повреждают почки, печень, нервную систему, кровеносную и желудочно-кишечную системы [2, 3]. В случае накопления одного или нескольких микотоксинов (или сочетания микотоксина с загрязнителем другой природы) их токсическое воздействие на организм еще больше усиливается [4].

Наиболее опасными микроскопическими грибами являются представители родов Fusarium , Aspergillus , Penicillium , Alternaria .

Грибы рода Alternaria являются патогенами растений и сапрофитами, которые могут загряз-

Цель исследования – обзор современных публикаций отечественных и зарубежных ученых, посвященных микроскопическим грибам рода Alternaria.

Задачи : отбор и анализ литературных данных с использованием баз данных Google Академия, Elibrary, Sciencedirect, PubMed, посвященных микроскопическим грибам Alternaria s p.

Объекты и методы. Обзор литературы выполнен с использованием опубликованных материалов отечественных и зарубежных ученых по рассматриваемой тематике в базах данных Google Академия, Elibrary, Sciencedirect, PubMed и др. Всего проанализировано более 30 работ отечественных и зарубежных ученых.

Результаты и их обсуждение. Alternaria – это повсеместно распространенный гриб, включающий эндофитные, фитопатогенные и сапрофитные роды. Грибы рода Alternaria (класс Дотидеомицеты, семейство Pleosporaceae) со- держат более 360 видов, в т. ч. Alternaria alternata, A. tenuissima, A. arborescense, A. brassicicola, A. infectoria и A. solani, разделенных на 29 секций. Они вызывают различные заболевания растений (более 4000 растений-хозяев), приводящие к серьезным экономическим потерям, а также к послеуборочной гнили и порче сельскохозяйственной продукции [6].

Грибы данного рода преимущественно поражают листья, способны также инфицировать семена и плоды. Некоторые виды Alternaria spp ., паразитирующие на сорных растениях, рассматриваются в качестве биогербицидов [7–9].

Грибы рода Alternaria образуют быстрорастущие колонии, окраска которых изменяется от серовато - оливковой до черной; поверхность имеет замшевую текстуру (рис.). Гифы с перегородками, от светлого до темно - коричневого цвета. Конидии обратнобулавидные, с вытянутым носиком, бледно - коричневого цвета, состоят из множества клеток и снабжены многочисленными продольными и поперечными перегородками. Конидии располагаются одиночно или цепочками, по 3–8 и более штук. Конидиеносцы коричневого цвета, длиной 50 мкм. Оптимальные среды для культивирования: картофельно - декстрозный и картофельно - морковный агары.

Колония Alternaria alternata на агаре Чапека (из коллекции лаборатории микотоксинов) Alternaria alternata colony on wort agar (from the collection of the mycotoxin laboratory)

A. alternata , вездесущий сапрофитный гриб, широко распространен в окружающей среде. Этот вид вызывает черную пятнистую гниль на различных фруктах и овощах, что приводит к значительным экономическим потерям. На процесс заражения растений A. alternata влияет множество факторов, таких как патогенность, условия окружающей среды и защитные механизмы плодов. A. alternata выделяет гидролитический фермент, генерируя активные формы кислорода, вырабатывает токсины для подавления защитной реакции плодов.

Исторически таксономия Alternaria прошла несколько этапов с момента ее первого описания Nees в 1816 г. Вначале Alternaria и родственные ей виды путали. Несмотря на попытки исследователей определить их таксономический статус, проблемы с номенклатурой и границами родов сохранялись долгое время. Впо- следствии таксономия Alternaria была пересмотрена на основе новых сведений о споруляции и морфологии конидий.

С появлением методов полногеномного секвенирования и транскриптомного секвенирования, а также метода многолокусной филогении, был проведен полный анализ таксономии Alternaria .

На основе комплексного анализа морфологических характеристик и многолокусного филогенетического исследования J. Li, et al. описали три новых вида Alternaria ( A. oryzicola sp. nov., A. poae sp. nov. и A. zeae sp. nov.) с двух разных зерновых культур ( O. sativa и Z. mays ) [10].

Для рода Alternaria оптимальны температура 25-28 °C (максимум – 32 °C) и высокая влажность; при этом виды устойчивы к низким температурам. Рост частоты тяжелых форм аль-тернариозов на разнообразных культурах в России, вероятно, коррелирует с повышением среднегодовых температур вследствие глобального потепления.

Грибы рода Alternaria распространены на цветочных, плодовых, ягодных и злаковых культурах [12–15].

Серьезное заболевание пшеницы – черная пятнистость вызывается различными видами Alternaria ( A. alternata , A. infectoria и A. tenuissima ), при этом A. alternata встречается чаще [16].

На фруктах и овощах, пораженных альтер-нарией, обычно видны гнилые участки, например черная плесень на томатах. На злаковых культурах альтернария вызывает заболевание, известное как черная головня, которое характеризуется обесцвечиванием зародыша и семени. Однако при некоторых альтернариозных заболеваниях, таких как сердцевинная гниль яблок и черная гниль цитрусовых, видимые симптомы проявляются только внутри растения, но микотоксины распространяются по всем частям растения, вызывая неблагоприятные последствия для здоровья животных и людей при употреблении в пищу [17].

A. tricitina считается еще одним важным патогеном, вызывающим пятнистость листьев пшеницы [18]. Фитопатоген Alternaria alternate вызывает бурую пятнистость цитрусовых, приводящую к значительным экономическим потерям. Грибы рода Alternaria spp . вызывают тяжелые заболевания у экономически важных пасленовых культур.

A. alternata , A. tenuissima , A. burnsii и неклассифицированный вид Alternaria sp. были идентифицированы как возбудители пятнистости листьев кукурузы в Китае [19].

На рисе A. padwickii (син. Trichoconis padwic-kii) часто обнаруживается в качестве возбудителя болезни зерна риса. Альтернариозная гниль голубики сопровождается появлением на поверхности ягод мягких тканей с беловатым воздушным мицелием, через 2–3 сут гифы набухают и становятся оливково-зелеными, коричневыми или черными [20].

Подсолнечник подвержен заболеваниям листьев, вызываемым видами Alternaria . Все грибы были идентифицированы на основе морфологической характеристики и многолокусной филогенетической оценки семи генов, включая внутренний транскрибируемый спейсер участка рДНК, глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназу, вторую по величине субъединицу РНК-полимеразы, фактор элонгации трансляции 1-α, ген основного аллергена Alternaria , ген эндополига-лактуроназы и анонимный участок гена. В результате были обнаружены два новых вида Alternaria – A.myanmarensis sp. nov. и A. yamethi-nensis sp. nov ., а также известный вид A.burnsii, впервые обнаруженный на подсолнечнике [21].

Грибы рода Alternaria выделяют широкий спектр метаболитов, примерно 70 из которых относятся к категории микотоксинов. Они поражают растения на всех стадиях развития – от семян до зрелых растений и плодов. В нашей стране альтернариатоксины не подлежат нормативному регулированию, несмотря на их широкую распространенность и высокий потенциал угрозы для здоровья человека и животных. Отсутствие документов, устанавливающих допустимые уровни микотоксинов Alternariaspp . в пищевой продукции и кормах, во многом обусловлено дефицитом данных об их токсичности в условиях in vivo .

У большинства соединений грибов рода Alternaria обнаружены токсические свойства не только по отношению к растениям, но и к млекопитающим. Неочищенный экстракт из мицелия Alternaria tenuis в дозе 300 мг/кг живой массы вызывает гибель мышей и крыс.

Конидии мелкоспоровых видов Alternaria – одни из наиболее обильных аллергенов в воздухе на открытых пространствах и в помещениях. Описаны нейрофизиологические заболевания, связанные с проживанием в условиях с высокой концентрацией A. alternata в окружающей среде. Наличие альтернариатоксинов в пыли, образующейся при профессиональной обработке пищевых продуктов и кормовых ингредиентов, а также в загрязненных остатках сырья и отходов, представляет профессиональную опасность для работников сельского хозяйства из-за возможного накожного попадания токсинов [22–24].

К альтернариатоксинам относятся: альтер-нариол – метаболит дибензопиронового ряда, монометиловый эфир альтернариола, альтену-ен, альтертоксины I, II и III, тенуазоновая кислота, изотенуазоновая кислота и тентоксин.

Альтернариатоксины могут содержаться как в свежих, так и в обработанных продуктах, в т. ч. в зерне и продуктах на его основе (наиболее часто), семенах и масле подсолнечника, томатах, фруктах и продуктах из них, а также в ферментированных напитках, таких как пиво и вино [25–27].

На людей и животных влияют тенуазоновая кислота, альтернариол и монометиловый эфир альтернариола, в то время как на растения – тентоксин, который ингибирует фотосинтетическое фосфорилирование, снижая активность фермента АТФазы в растительных клетках и приводя к хлорозу [28].

Наиболее мощными микотоксинами Alterna-ria с точки зрения токсичности являются аль-тернариол, монометиловый эфир альтернарио-ла, альтенуен, тентоксин и тенуазоновая кислота. Эти токсины воздействуют в основном на различные части клеток, такие как митохондрии, хлоропласты, плазматическая мембрана, комплекс Гольджи. Токсины альтернарии представляют опасность генетической и клеточной токсичности для людей и животных, обладают тератогенным, мутагенным и канцерогенным действием.

Тенуазоновая кислота наиболее распространена и проявила в опытах in vitro низкую токсичность и мутагенность. В исследованиях in vivo выявлена его острая токсичность и синергический эффект с другими токсинами.

Для идентификации альтернариотоксинов в различных злаках (пшеница, кукуруза, рис, ячмень и др.) используются метод полимеразной цепной реакции, иммуноферментный анализ, метод электрохимического сенсорирования, тонкослойная и высокоэффективная жидкостная хроматография [29–31]. Жидкостная хромато-графия-тандемная масс-спектрометрия (LC-MS/МС) обеспечивала превосходную селективность и чувствительность для анализа токсинов.

L. Fang, et al. (2025) успешно внедрили метод LC-MS/МС в сочетании с онлайн-очисткой MAX SPE для одновременного количественного анализа альтернариотоксинов в различных злаках и продуктах на их основе. Из-за высокой чувствительности этого метода альтернариотоксины чаще всего обнаруживались в продуктах на ос- нове злаков, а продукты на основе пшеницы были наиболее загрязнены. Тенуазоновая кислота была обнаружена в 87,5 % образцов на основе злаков в количестве до 201,51 мкг/кг. Пределы обнаружения тенуазоновой кислоты, альтернариола, тентоксина и монометилового эфира альтернариола для этого метода были определены как равные 0,3, 0,15, 0,06 и 0,02 мкг/кг соответственно [32].

Разработан мультимикотоксиновый метод QuEChERS (быстрый, простой, дешевый, эффективный, надежный и безопасный), позволяющий анализировать 24 (17 свободных и 7 модифицированных) токсина Alternaria и Fusarium в зерновых культурах с помощью сверхвысокопроизводительной жидкостной хроматографии и тандемной масс-спектрометрии (ВЭЖХ-МС/МС) [33].

A. tenuissima , A. alternata и A. arborescens способны к активному продуцированию альтер-нариола у популяций мелкоспоровых видов Alternaria , ассоциированных с зерновыми кормами [34].

По данным Г.П. Кононенко c соавт. (2023), в контаминации зерна овса может участвовать вид Alternaria tenuissima , известный как активный продуцент, и в меньшей степени – A. arborescens и комплекса ‘A. infectoria’ . В зерне овса посевного ( Avena sativa L.) сорта Яков, полученного от агропредприятия Московской области, степень зараженности Alternaria составила 36,0 %, содержание альтернариола – 630 мкг/кг [35].

Исследованиями Г.П. Кононенко c соавт. (2022) в семенах рапса (для него не свойственно присутствие токсичных метаболитов грибов родов Fusarium , Alternaria, Penicillium, Aspergillus , Myrothecium и ряда других), полученных при сборе в условиях повышенной температуры и влажности, выявлено присутствие альтерна-риола, в основном в малых количествах (от 8 до 32 мкг/кг) и реже с более выраженным накоплением (от 46 до 775 мкг/г). В одном из образцов ярового рапса, который дольше других хранили в недосушенном состоянии, выявили наибольшее загрязнение альтернариолом и интенсивное инфицирование грибом A. tenuissima с экспериментально подтвержденной способностью к токсинообразованию [36].

Альтернариол был обнаружен в горчице белой, причем содержание в процессе вегетации снижалось. Впервые установлено повышенное накопление токсина в листьях по сравнению со стеблями [37].

В масличных семенах подсолнечника основным контаминантом микогенного происхождения наряду с микофеноловой кислотой и эмодином является альтернариол. Альтернариол был обнаружен в вегетирующих растениях кукурузы в периоды листообразования и выметывания метелки, выращенных в условиях Московской области [38].

Обнаружено наличие альтернариола в дикорастущем растении кипрея узколистного (иван-чай) и в коммерческих образцах сухого чая [39].

Альтернариол и монометиловый эфир аль-тернариола являются цитотоксичными и генотоксичными в микромолярных концентрациях [40].

Альтертоксины превосходят альтернариол и монометиловый эфир альтернариола по острой токсичности и мутагенности [41].

Несмотря на свое химическое разнообразие, токсины альтернарии обладают высококонсервативными механизмами биосинтеза. Ферменты, ответственные за производство большинства из этих соединений, кодируются кластерами биосинтетических генов [42]. Внутри этих кластеров основные ферменты биосинтеза ответственны за создание каркасов микотоксинов, включая поликетиды, нерибосомальные пептиды, терпены, индольные алкалоиды и гибриды [43]. Адаптирующие ферменты, кодируемые другими генами в том же кластере, модифицируют химическую основу посредством переноса функциональных групп или окислительновосстановительных реакций. Эти кластеры также часто включают гены специфических факторов транскрипции, транспортеров и белков, устойчивых к токсинам [44].

Aльтернариол – наиболее изученный аль-тернариотоксин, оказывающий цитотоксическое действие в опытах in vitro [45].

Цитотоксичность отдельных альтернариевых токсинов во многом зависит от используемой клеточной линии и тестируемого токсина. Поскольку микотоксины обычно содержатся в продуктах питания и кормах в виде смесей, ситуация становится еще более сложной, поскольку необходимо определить воздействие смесей токсинов [46].

Для этого требуются комбинированные исследования, чтобы понять, нужно ли учитывать аддитивность, антагонизм или синергизм при оценке рисков для здоровья. При совместном воздействии альтернариола и его метилового эфира (в соотношении 1 : 1) жизнеспособность клеток кишечника человека (HCT116) снижалась сильнее, чем при воздействии каждого из них по отдельности. Как по отдельности, так и в сочетании альтернариол и дезоксиниваленол значительно повышали трансепителиальное электрическое сопротивление в клетках Caco-2.

Bensassi et al. исследовали цитотоксичность альтернариола и его метилового эфира. Регистрировали снижение жизнеспособности клеток примерно на 30 % после 24 ч воздействия при индивидуальном тестировании, в то время как при совместном тестировании они снижали жизнеспособность примерно на 50 % [47].

Fernández-Blanco и др. сообщили о синергетических цитотоксических эффектах в клетках Caco-2 после 24-часового воздействия альтер-нариола и его метилового эфира [48].

Применение комбинированной смеси аль-тернариола, альтенуена, тенуазоновой кислоты показало цитотоксические эффекты в зависимости от дозы на клеточных линиях WI-38 и PCS-200-014 [49].

Tran et al., 2020 обнаружили значительное снижение жизнеспособности клеток кишечного эпителия человека (Caco-2) при воздействии комбинации альтернариола и его метилового эфира, тенуазоновой кислоты. Обнаружен аддитивный эффект воздействия альтертоксина-II и альтернариола. Бинарные комбинации, особенно монометиловый эфир альтернариола и тенуазоновая кислота (соотношение 1 : 3), а также альтернариол и его метиловый эфир (соотношение 1 : 1), значительно повышали цитотоксичность по сравнению с отдельными соединениями) [50].

На штаммах Salmonella (тест Эймса) выявлено мутагенное действие токсинов Alternaria . Мутагенная активность оценена и на клетках млекопитающих. Альтертоксин-II, выделенный из Alternaria alternata , как минимум в 50 раз более мощный мутаген в тесте HPRT, чем альтер-нариол и монометиловый эфир альтернариола: альтернариол вызывал дозозависимое увеличение частоты мутаций, начиная с 10 мкМ, в то время как монометиловый эфир альтернариола увеличивал частоту мутаций гена HPRT. Аналогичная мутагенная активность наблюдалась у STTX-III, который при концентрации выше 0,25 мкМ в тесте HPRT вызывал увеличение количества устойчивых мутантов [7].

Альтернариол и его метиловый эфир способны повреждать ДНК . Они также проявляют цитотоксическое, мутагенное, канцерогенное, генотоксичное и тератогенное действие.

Альтертоксины I, II и III обладают генотоксическими и мутагенными свойствами. Наиболее выраженную мутагенную активность проявляет альтертоксин III.

Замаскированные альтернариотоксины (АОЛ-3-сульфат и АМЕ-3-сульфат) образуются в чистой культуре, организме животных и растениях.

Альтернариол подвергается как окислительно-восстановительному метаболизму I фазы, так и конъюгативному метаболизму II фазы в исследованиях in vivo и in vitro . Через 2 часа после перорального введения 2000 мг/кг массы тела немеченого альтернариола мышам NMRI в крови были обнаружены три гидроксилированных метаболита: 2-OH-альтернариол, 4-OH-альтернариол и 10-OH-альтернариол. Эти метаболиты, а также 8-OH-альтернариол, были обнаружены в моче в течение 72 часов после ее сбора. У крыс породы спраг-доули, получавших экстракт культуры альтернарии (50 мг/кг массы тела), содержащий 35 мкг/кг массы тела аль-тернариол, метаболит фазы II альтернариол-3-O-S был обнаружен в плазме через 3 часа и в моче через 3 и 24 часа. Кроме того, через 24 часа в фекалиях был обнаружен 4-OH-альтернариол, что составляет 1 % от принятого количества альтернариола [51].

Из всех микотоксинов рода Alternaria лишь тенуазоновая кислота демонстрирует выраженную острую токсичность: уровень ЛД 50 при приеме внутрь у мышей и крыс составляет от 81 до 186 мг/кг массы тела [52]. Тенуазоновая кислота вызывает рвоту и геморрагические желудочно-кишечные заболевания у животных.

В последнее время все большее беспокойство вызывает загрязнение томатной продукции тенуазоновой кислотой.

Среднее содержание тенуазоновой кислоты в концентрированной томатной пасте составляло 243 ± 725 мкг/кг, при этом уровни загрязнения ежегодно менялись. В 2022 г. Европейское управление по безопасности пищевых продуктов предложило ориентировочные уровни для обработанных томатных продуктов, установив уровни в 10 мкг/кг для альтернариола, 5 мкг/кг для метилового эфира альтернариола, 500 мкг/кг для тенуазоновой кислоты [54].

С помощью криосекции и количественного определения токсинов F. Sun et al., 2025, подтвердили гипотезу о том, что грибы Alternaria поражают томаты изнутри и распространяются наружу. На стадии цветения споры грибов Alternaria могут проникать внутрь плода различными путями, такими как воздушные потоки или насекомые, и оставаться скрытыми в развивающемся плоде [55].

Как только воздух попадает внутрь плода, скрытые споры при благоприятных условиях могут прорасти и инфицировать мякоть, быстро распространяясь изнутри наружу и в конечном итоге приводя к появлению черных пятен на кожице помидора. Одновременно с тем, как грибы Alternaria размножаются и распространяются, тенуазоновая кислота постепенно накапливается. Для повышения устойчивости к грибам Alternaria и снижения накопления микотоксинов были выведены трансгенные линии томатов, экспрессирующие хитиназу и CotA [56].

Токсины, вырабатываемые грибом Alternaria , являются распространенным загрязнителем яблок и яблочных продуктов [57, 58].

В яблоках и продуктах из них обнаруживаются альтернариол и его метиловый эфир, тенуазоно-вая кислота, альтертоксины I, II и тентоксин [54].

В литературе описаны случаи кожного аль-тернариоза, который поражает пациентов с ослабленным иммунитетом [55–57].

Заключение. Представленный обзор подтверждает опасность грибов рода Alternaria для сельскохозяйственных растений, животных и человека. Опасность альтернариоза обусловлена не только снижением урожайности и качества продукции, но и риском интоксикации людей и животных микотоксинами. Актуальными задачами остаются: изучение закономерностей развития патогена, механизмов переноса спор между растениями - хозяевами, совершенствование методов идентификации альтернариотоксинов.