Сравнительная оценка сорбционных материалов для удаления трихотеценов

Трихотеценовые микотоксины – органические соединения семейства сесквитерпеноидов, они содержат в своей структуре 12,13-эпоксидное кольцо, которое способствует их биологической и токсической активности. К трихотеценам относится целый ряд близкородственных соединений, из которых наибольший интерес представляют фумонизин В1 и дезоксиниваленол [11].

Микотоксин фумонизин В1 (FUM, IUPAC name: 2-[2-({19-amino-6-[(3,4-dicarboxybutanoyl) oxy ] – 11, 16, 18-trihydroxy - 5,9 - dimethylicosan - 7- yl}oxy) -2-oxo ethyl]butanedioic аcid) является канцерогенным метаболитом грибов рода Fusarium proliferatum и Fusarium verticillioides [10] , имеет длинную цепочечную углеводородную единицу (аналогичную сфингозину и сфинганину), играющую главную роль в цитотоксическом, иммунодепрессивном, эстрогенном, нейротоксическом, мутагенном и канцерогенном действиях на живой организм [13]. Дезоксиниваленол (DON, IUPAC name: 3,7,15-Trihydroxy-12,13-epoxytricho thec-9-en-8-one ) относится к трихотеценовым микотоксинам типа B, и является наиболее часто обнаруживаемым микотоксином данной группы. В острых, умеренных или низких дозах также вызывает токсическое и иммунотоксическое действие в различных клеточных системах организма [14].

Эффективным и наиболее удобным способом нейтрализации микотоксинов в настоящий момент является использование в качестве терапии соединений с сорбционными свойствами. Для защиты от интоксикации и предотвращения микотоксикозов животных, предложен целый ряд сорбентов различного происхождения. Из-за химических особенностей трихотеценовых микотоксинов в настоящее время нет данных по одновременному исследованию фумонизина В1 и дезоксиниваленола по отношению к сорбционным материалам органического и неорганического происхождения, поэтому актуальность поиска новых сорбентов и их комбинаций остается открытой.

С этой целью нами поставлена задача провести сравнительную оценку различных сорбционных материалов для удаления трихотеценовых микотоксинов в условиях in-vitro .

Материал и методы исследований. Работа выполнена на базе лаборатории микотоксинов отделения токсикологии ФГБНУ «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности» (г. Казань). Объектом исследования являлась способность сорбционных материалов связывать трихотеценовые микотоксины: дезоксиниваленол и фумонизин В1 in vitro. В качестве сорбционных материалов

(адсорбентов) использовались: β-глюканы растительного происхождения, Шатрашанского Республики

и      дрожжевого цеолит    Татарско- месторождения

Татарстан,      шунгит

Зажогинского месторождения (Карельский шунгитовый завод, Россия) и лигнин [1, 4, 5, 8, 9, 15]. Дрожжевые β-глюканы получены из хлебопекарных прессованных дрожжей S. cerevisiae. Образцы растительных β-глюканов представлены в виде концентратов, выработанных из овсяных отрубей методом, описанным Гематдиновой В.М. (2018) [1, 3, 6, 12]. В работе использовали 98 % стандарты дезоксиниваленола и фумонизина В1 производства Sigma Aldrich (США), которые растворяли в метаноле с получением исходного раствора (1 мкг/мкл). Адсорбционную способность трихотеценовых микотоксинов оценивали по двухфазной методике, описанной ранее Крюковым В.С. с соавт. (1992) [7]. Измерения проводили в трех повторностях. Содержание микотоксинов определяли методом конкурентного иммуноферментного анализа с помощью тест-систем «Ridascreen» (R-Biopharm, Германия). Модели эксперимента представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Схема эксперимента

Номер модели	Название модели in vitro
1	Дрожжевой β-глюкан (солевой гидролиз) + дезоксиниваленол
	Дрожжевой β-глюкан (солевой гидролиз) + фумонизин В1
2	Дрожжевой β-глюкан (щелочной гидролиз) + дезоксиниваленол
	Дрожжевой β-глюкан (щелочной гидролиз) + фумонизин В1
3	Растительный β-глюкан + дезоксиниваленол
	Растительный β-глюкан + фумонизин В1
4	Цеолит + дезоксиниваленол
	Цеолит + фумонизин В1
5	Шунгит + дезоксиниваленол
	Шунгит + фумонизин В1
6	Лигнин + дезоксиниваленол
	Лигнин + фумонизин В1

Полученные экспериментальные данные обрабатывали общепринятым методом вариационной статистики с применением критерия достоверности по Стьюденту с использованием специальных программ.

Результат исследований.

Результаты сравнительной адсорбционной способности группы сорбентов к дезоксиниваленолу и фумонизину В1 в кислой среде (рН=2) при температуре 37 °С (имитация условий желудка) представлены на рисунке 1.

По данным рисунка 1 видно, что в кислой среде (условия желудка) в пятой группе выявлена достаточно высокая сорбция дезоксиниваленола шунгитом и этот показатель составил (99,2±2,5) %. Использование остальных сорбентов показало более низкие результаты. Так, у образцов под номерами 6, 4, 3, 2, 1 адсорбция дезоксиниваленола была ниже на 55,4; 79,2; 4,2; 7,2; 17,5 %, соответственно. Адсорбция фумонизина В1 в этих же условиях выражена сильнее у образцов, имеющих в своем составе силикаты - цеолит (83,3±2,1) % и шунгит (98,1±1,2) %. У остальных образцов установлена адсорбционная способность в следующей последовательности: первой и третьей группах – 37,1 %, во второй группе – 60,3 %, и в шестой группе – 68,0 %.

Результаты постановки эксперимента по определению процента десорбции группы сорбентов к дезоксиниваленолу и фумонизину В1 в щелочной среде при рН=8 и температуре 37 °С (условия кишечного тракта) представлены на рисунке 2.

99,2

□ Дезоксиниваленол

□ Фумонизин В1

группа сорбентов

Рисунок 1 – Процент

адсорбции энтеросорбентов

в отношении дезоксиниваленола и

фумонизина В1

и Дезоксиниваленол

□ Фумонизин В1

Рисунок 2 – Процент десорбции энтеросорбентов в отношении дезоксиниваленола и фумонизина В1

Таблица 2 – Истинная сорбция in vitro к трихотеценовым микотоксинам (n=3)

Номер модели	Наименование сорбентов	Дезоксини-валенол	Фумонизин В1
1	Дрожжевые β-глюканы (солевой гидролиз)	78,4±1,2	35,7±1,8
2	Растительные β-глюканы	91,5±2,6	58,9±1,6
3	Дрожжевые β-глюканы (щелочной гидролиз)	94,6±1,1	35,7±0,4
4	Цеолит	19,0±0,9	77,0±1,4
5	Шунгит	98,2±2,1	98,0±2,1
6	Лигнин	38,6±0,8	64,8±2,4

Результаты исследования процента десорбции показали (рисунок 2), что максимальную десорбцию дезоксиниваленола продемонстрировал лигнин (5,2±0,3) %, чуть ниже β-глюканы

(дрожжевые, солевой гидролиз) – (3,3±0,2) %, у остальных варьировала от 0,4 % до 1 %. Наибольшее количество фумонизина В1 при переходе в условия pH кишечника утратил цеолит – 6,3 %, меньше лигнин 3,2 %, β-глюканы – 1,4 % и шунгит – 0,1 %.

Показатели истинной сорбционной емкости исследуемых групп сорбентов к дезоксиниваленолу и фумонизину В1 представлены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что способность образцов к элиминации дезоксиниваленола была самой высокой у пятой группы «шунгит» – (98,2±2,1) %, также в первой, второй и третьей группах «β-глюканы различного происхождения» от (94,6±1,1) % до (78,4±1,2) %. Самой низкой была сорбционная способность к дезоксиниваленолу у лигнина (38,6±0,8) % и цеолита (19,0±0,9) %. Количество прочно сорбированного фумонизина В1 установлено в следующей последовательности, у сорбентов первой и третьей группы по 35,7 %, во второй, четвертой, пятой и шестой группах – (58,9±1,6) %, (77,0±1,4) %, (98,0±2,1) %, (64,8±2,4) %, соответственно. По результатам подсчета истинной сорбционной емкости к микотоксинам дезоксиниваленолу и фумонизину В1 с наилучшими показателями лидируют вторая (растительный β-глюкан) и пятая (шунгит) модели.

Заключение. Учитывая числовые значения показателей сорбции к трихотеценовому микотоксину дезоксиниваленолу, лидерами являются дрожжевой β-глюкан (щелочной гидролиз) сорбировавший – 94,6 % микотоксина, растительный β-глюкан – 91,5 % и шунгит – 78,4 %. К микотоксину фумонизину В1 наилучшую сорбцию показал шунгит – 98,0 %, цеолит – 77,0 % и лигнин – 64,8 %. Остальные сорбенты проявили себя в меньшей степени. В целом сорбенты растительного происхождения лучше сорбировали дезоксиниваленол, а природные сорбенты показали лучшую сорбционную способность к фумонизину В1.

Резюме

Трихотеценовые микотоксины (фумонизин В1 и дезоксиниваленол) это соединения семейства сесквитерпеноидов, продуцируемые грибами рода Fusarium proliferatum и Fusarium verticillioides. Данные микотоксины играют ключевую роль в различных патологических воздействиях на клеточные системы организма и весь организм в целом. Наиболее удобным и эффективным способом нейтрализации их воздействия на организм является использование различных сорбентов. Целью наших исследований было проведение сравнительной оценки различных сорбционных материалов для удаления трихотеценовых микотоксинов в условиях in-vitro . Нами исследовалась способность дрожжевых и растительных β-глюканов, лигнина (сорбентов растительного происхождения), цеолита, шунгита (минеральных сорбентов) связывать трихотеценовые микотоксины фумонизин В1 и дезоксиниваленол. Адсорбцию этих веществ оценивали по методике, имитирующей условия желудочно-кишечного тракта. В результате эксперимента было установлено, что лидерами сорбции к дезоксиниваленолу, являются дрожжевой β-глюкан (щелочной гидролиз) сорбировавший – 94,6 % микотоксина, растительный β-глюкан – 91,5 % и шунгит – 78,4 %. К микотоксину фумонизину В1, наилучшую сорбцию показал шунгит – 98,0 %, цеолит – 77,0 % и лигнин – 64,8 %. Остальные сорбенты проявили себя в меньшей степени. В целом сорбенты растительного происхождения лучше сорбировали дезоксиниваленол, а природные сорбенты показали лучшую сорбционную способность к фумонизину В1.