Champignons toxinognes et mycotoxicoses

1
Champignons toxinogènes et mycotoxicoses

• Patrick BOIRON
• Laboratoire de Mycologie,
• Faculté de Pharmacie, Lyon, France

2
Champignons induisant des manifestations
cliniques chez lhomme

• 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
  leau pulmonaire des alvéoles
• ? circulation générale
• ? troubles généraux respiratoires et/ou
  spécifiques dorganes (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 lactivité en eau
  (aw) dans la spore
• Croissance du mycélium conditionnée par leau
  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 25C)
• Croissance / survie

14
Température

• Cladosporium herbarum croît à 6C et survit à
  20C
• Aspergillus flavus survit à 35C dans les
  tunnels de pâtes
• Aspergillus fumigatus tolère 55C
• Byssochlamys germe après 10 min à 85C
• Ascospores de Neurospora germent après 20 min à
  130C (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 dair
  intergranulaire en stockage)
• Sélection naturelle des espèces cellulolytiques
  Stachybotrys sur pailles
• Spécificité dhôte 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 lergot 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 dune
  moisissure toxinogène est nécessaire pour quil y
  ait éventuellement production de mycotoxine
• La présence dune moisissure même toxinogène
  nimplique pas obligatoirement la présence de
  mycotoxine
• Labsence de moisissure nimplique pas
  obligatoirement labsence 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 lhomme
31
Implication de mycotoxines dans des épidémies
chez lhomme
32
Implication de mycotoxines dans des épidémies
chez lhomme
33
Aflatoxines
34
Mycologie

• Aspergillus flavus
• Aspergillus parasiticus
• Penicillium verrucosum

Aspergillus flavus
Penicillium verrucosum
Aspergillus parasiticus
35
Substrats

• Nombreux produits agricole (arachides, céréales,
  tourteaux darachides, 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 daflatoxines sont influencées par
  différents facteurs
• Le type de substrat
• La teneur en humidité
• La température
• Les dommages éventuels du substrat
• Lhumidité relative de lenvironnement

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
  dun 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 lalbumine et
  lhémoglobine
• Phénomène de diffusion pour pénétrer dans le
  cytoplasme
• Stockage dans lorganisme par liaisons covalentes
  avec molécules tissulaires
• Passage trans-placentaire

43
Métabolisation

• Pour être toxique ou mutagène, laflatoxine doit
  être métabolisée
• La métabolisation est principalement réalisée par
  lintervention des cytochromes hépatiques
• Epoxydation par lintervention 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 lélimination totale
• Surtout des métabolites conjugués
• Parfois aflatoxine B1 sous forme libre
• Par voie urinaire
• Présence dautres métabolites
• Servent de marqueurs dans les intoxications
• Par voie lactée
• Uniquement aflatoxine M1
• Problèmes pour lallaitement

45
Biotoxicologie
46
Action sur les synthèses cellulaires

• Action sur lADN
• Laflatoxine B1 ou son époxyde peut sintercaler
  au sein de lADN
• Laflatoxine 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

47
Action sur les synthèses cellulaires

• Action sur lARN
• Laflatoxine B1 a une grande affinité pour lARN
  nucléaire et cytoplasmique et elle en affecte le
  métabolisme par inhibition de lactivité de
  lARN-polymérase
• Leffet varie en fonction de la dose daflatoxine
  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 doxygène 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 labsorption et la dégradation
  des lipides

51
Immunotoxicité

• Effets immunosuppresseurs après ingestion (et
  inhalation)
• Prédisposition à une surinfection par diminution
  des défenses immunitaires

52
Tératogénicité

• Malformations ftales

53
Prévention
54
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

55
Prévention lutte contre la contamination

• Autres moyens
• Élimination des pieds desséchés
• Irrigation suffisante
• Sélection de variétés de culture

56
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
  daflatoxines possible)

57
Prévention lutte contre la contamination

• Le séchage
• Teneur en humidité lt 9
• Souvent à lair libre en Afrique
• Le stockage
• Dans des silos le plus souvent
• Atmosphère contrôlée (température, humidité, CO2,
  )

58
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

59
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,

60
Prévention détoxification

• Les traitements chimiques
• Moins coûteux que les autres techniques
• Applicables sur les aliments, les concentrés,
• Existence de deux sites douverture entraînant
  linactivation de laflatoxine B1

61
Prévention détoxification

• Les traitements chimiques
• Ammoniation méthode de référence
• Bisulfites
• Chlore effets mutagènes
• Ozone peu dinformation
• Hypochlorite de sodium grande efficacité
• Peroxyde dhydrogène (uniquement en milieu
  liquide basique) modification de la qualité
  protéique (et donc de la valeur nutritive)

62
Prévention détoxification

• La décontamination biologique
• Bioconversion Mucor griseocyanus

63
Ochratoxine A
64
Mycologie

• Genre Aspergillus
• Aspergillus ochraceus
• Aspergillus niger
• Aspergillus carbonarius

65
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

66
Mycologie

• Genre Penicillium
• Penicillium verrucosum ou Penicillium viridicatum
• Principal producteur dochratoxine A en climats
  tempérés (20 C)
• Thalle velouté vert - bleu à vert - gris et
  revers orange-brun sur milieu CYA

67
Patuline
68
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

69
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

70
Conclusion

• Connaissances scientifiques très insuffisantes
  requièrent la collaboration de mycologues,
  médecins, pharmaciens, vétérinaires et
  toxicologues

71
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