Gesunde sowie qualitativ hochwertige Nahrungsmittel sind wichtige Voraussetzungen, um einerseits die Lebensmittelsicherheit entlang der Wertschöpfungskette (Wachstum, Verarbeitung, Lagerung und Transport) und andererseits einen vorbeugenden Verbraucherschutz zu gewährleisten. Die Belastung der Nahrung mit Rückständen jeglicher Art war in letzter Zeit häufig Mittelpunkt heftiger öffentlicher Diskussionen. Zahlreiche Untersuchungen haben gezeigt, dass unter bestimmten Bedingungen durch Pilze gebildete Giftstoffe, so genannte Mykotoxine, die Ernteprodukte belasten und es bei deren Verzehr durch Menschen oder Tiere zu Vergiftungen kommen kann. Die FAO schätzt, dass etwa 25% der Weltproduktion von Nahrungsmitteln mit Mykotoxinen kontaminiert und in 20% der Getreideernte der Europäischen Union messbare Konzentrationen an Mykotoxinen detektierbar sind. Damit die Lebensmittelsicherheit weiterhin gewährleistet bleibt, werden neben den Routinemethoden schnellere und zerstörungsfreie Methoden benötigt, um die Lebensmittel direkt vor Ort auf Schimmelpilze und deren Mykotoxine zu untersuchen. In dieser Arbeit wird das Potenzial von ausgewählten optisch-basierten spektroskopischen Methoden für die in-situ bzw. in-line Detektion von Schimmelpilzen sowie Mykotoxinen in Getreide(produkten) untersucht. Es werden Absorptions- und Reflexionsmethoden einerseits und Fluoreszenztechniken andererseits eingesetzt. Die spektroskopischen Methoden werden dabei auf Proben unterschiedlicher Komplexität angewandt - beginnend mit der Untersuchung der photophysikalischen Eigenschaften der reinen Mykotoxine in Lösung über künstlich mit verschiedenen Mykotoxinen kontaminierten Getreideproben bis hin zu mit Pilzen befallenem Getreide und hochveredelte Lebensmittel (Wein und Bier) als Proben höchster Komplexität. / Problems of food safety have led to an increasing concern regarding contamination of foods and feeds with mycotoxins and the relevant toxigenic fungi, mainly Aspergillus, Penicillium and Fusarium genera. There is a real need for rapid, sensitive and inexpensive sensors for the detection of toxigenic fungi and mycotoxins, both in the field and after harvest in order to obtain real-time monitoring data on contamination and this assist in food safety assessment. This will result in an enormous cost saving to the farmers as well as to agro-food industry through the prevention and reduction of product recalls and reduced treatment costs. The German Ministry of Education and Research (BMBF) has provided funding of more than 1.9 million Euros from July 2006 to December 2009 for the large joint project "ProSeso.net2" on the development of innovative sensor-based techniques and processes in the field of food quality and safety. In this research-project "Exploration of sustainability potentials by use of sensor-based technologies and integrated assessment models in the production chain of plant related food" 13 partners from universities, non-university institutions and industry cooperate within seven subprojects. The expected results shall contribute to maintain freshness and improve safety of the food production chain. In the subproject “Indicators and sensor technology for the identification of mycotoxin producing fungi in the processing of grain” spectroscopic methods are tested for in-situ and in-line detection of moulds and/or mycotoxins. This presentation focuses on some possible spectroscopic methods for the rapid detection of mycotoxins and fungi on grains. Methods based on one- and two-photon-induced fluorescence spectroscopy are highly attractive because of their outstanding sensitivity and selectivity. In order to utilize a fluorescence technique for the analysis of the mycotoxins in food and feedstuff as well as for basic research on the fungal metabolism, the photochemistry and photophysics of the mycotoxins and fungi need to be elucidated in detail, especially the influence of solvent parameters such as polarity and pH value. Consequently, for a sensitive and selective spectroscopic analysis, it is indispensable to take the specific photophysic of the known mycotoxins into account in order to minimize serious limitations upon sensitivity, selectivity, and accuracy of a potential fluorescence-based sensing application. The spectroscopic techniques are complemented by chemometric tools (Principle Component Analysis) to extract the desired chemical information, e.g. with respect to presence of contaminations. The combination of data obtained from different spectroscopic methods (such as optimal excitation and emission wavelength, fluorescence decay times, and fluorescence quantum efficiency) on the one hand side and NIR spectroscopy on the other side shows promising results for the qualitative as well as quantitative identification of mycotoxins grains. Moreover, NIR reflectance spectra yield additional information on ingredients, moisture content, and the presence (or absence) of fungi in the sample.

Der Einfluss unterschiedlich aggressiver Fusarium culmorum- und F. graminearum-Isolate auf die Schadbildausprägung bei Winterweizen sowie die Möglichkeit der Befallskontrolle mit Mykorrhiza Die durch Pilzarten der Gattung Fusarium spp. hervorgerufene partielle Taubährigkeit ist ein ernstes Problem im weltweiten Weizenanbau. Eine für die Schaderreger günstige feuchte Witterung zum Zeitpunkt der Weizenblüte in Kombination mit befallsfördernden agrotechnischen Maßnahmen löst immer wieder Epidemien aus. Hauptsächlich verursacht durch F. culmorum und F. graminearum führt eine Erkrankung zu Ertrags- und Qualitätseinbußen sowie zu einer Belastung des Ernteguts mit Mykotoxinen, die bereits in niedrigen Konzentrationen toxisch auf den tierischen und menschlichen Organismus wirken. Die am häufigsten vorkommenden Fusarium-Toxine in Weizen sind Deoxynivalenol (DON) und Zearalenon (ZEA). Isolate von F. graminearum- und F. culmorum können in ihrem DON- und ZEA-Bildungsvermögen und ihrem Potential, Nekrosen zu verursachen, stark variieren. In Laborversuchen (in vitro) wurden F. graminearum- und F. culmorum-Isolate hinsichtlich dieser Eigenschaften (hier als Aggressivität bezeichnet) charakterisiert und anschließend wurde im Feldversuch überprüft, ob die in vitro-ermittelte Aggressivität die Schadbildausprägung bei Weizenpflanzen beeinflusst. Nur im ersten Versuchsjahr, das durch hohe Niederschläge gekennzeichnet war, konnte ein Einfluss der Aggressivität und einer zusätzlichen Beregnung im Feldversuch nachgewiesen werden. Die als hoch-aggressiv eingestuften Fusarium-Isolate reduzierten unter dem Einfluss der Beregnung den Ertrag und das Tausendkorngewicht. Die Beregnung führte zu einer Erhöhung des Pilzwachstums und der DON- und ZEA-Produktion. Ein extrem trockener Sommer verhinderte die Infektion der Weizenpflanzen durch die beimpften Fusarium-Isolate und ein anschließendes Pilzwachstum in den Ähren im zweiten Versuchsjahr. Um den Befall von Weizenpflanzen mit Fusarium spp. vorzubeugen, stehen verschiedene pflanzenbauliche Maßnahmen zur Verfügung. Eine Möglichkeit stellen in diesem Zusammenhang die symbiotischen Mykorrhizapilze (MP) dar. Die Pilze sind in der Lage, Pflanzen zu stärken und antagonistisch auf pilzliche Schaderreger zu wirken. Um zu überprüfen, ob MP dazu beitragen könnten, den Befall von Weizenpflanzen mit Fusarium spp. niedrig zu halten, wurden Weizenpflanzen mit MP und Fusarium spp. beimpft und die Auswirkungen der Interaktionen auf die Weizenpflanzen in einem Klimakammer- und einem Feldversuch getestet. In der Klimakammer wurde eine Reduzierung des Fusarium-Befalls nachgewiesen. Die mykorrhizierten Weizenpflanzen wiesen außerdem höhere Photosyntheseraten, höhere Sprosstrockenmassen und mehr Ähren im Vergleich zu den nicht-mykorrhizierten und mit Fusarium-beimpften Weizenpflanzen auf. Insgesamt wurde durch die Mykorrhizierung der negative Einfluss von Fusarium spp. kompensiert. Im Freiland konnte kein Einfluss der MP auf Fusarium spp. beobachtet werden. Im ersten Versuchsjahr führte das Beimpfen der Weizenpflanzen mit MP zu höheren Wurzel- und Sprosstrockenmassen sowie zu höheren Tausendkorngewichten im Vergleich zu den mit Fusarium spp.-beimpften Weizenpflanzen. Im zweiten Versuchsjahr konnte dieses Ergebnis nicht wiederholt werden. / Impact of aggressiveness of Fusarium culmorum and Fusarium graminearum isolates on the degree of symptoms as well as the possibility to control Fusarium spp. with mycorrhiza Fusarium Head Blight (FHB) is a serious problem worldwide and is mainly caused by Fusarium (F). culmorum and F. graminearum. Humid weather conditions, especially at anthesis and agricultural measures forcing pathogen attack cause epidemics repeatedly. FHB leads to yield and quality losses and also to contamination of harvest with mycotoxins that are toxic to humans and animals already in low concentrations. The most frequently occurring Fusarium toxins in wheat are deoxynivalenol (DON) and zearalenone (ZEA). F. culmorum and F. graminearum isolates can differ in their potential to produce mycotoxins and to cause necrosis. Isolates of these two species were assigned to three different groups of aggressiveness on the basis of mycotoxin production and necrotic activity. Afterwards these isolates were inoculated on wheat in fields to ascertain their aggressiveness on the degree of symptoms. Only in the first year of the trial that was characterized by high precipitation amounts an influence of the aggressiveness and of an additional irrigation could be determined. Influenced by irrigation isolates of high aggressiveness reduced yield and 1000-kernel-weight. Besides, irrigation led to an increase of fungal growth and DON and ZEA production. An extremely dry summer in the second year of the trial prevented wheat infection by Fusarium isolates and subsequent colonization of the ears. Various agricultural measures are available to prevent Fusarium infection. The release of mycorrhizal fungi is one possibility. These fungi are able to strengthen plants and affect fungal pathogens antagonistically. Mycorrhizal fungi and Fusarium isolates were inoculated on wheat plants in climate chamber and fields to determine their potential for pest management. The impact of the interactions of these two organisms on wheat plants was analyzed. In climate chamber a reduction of Fusarium colonization was observed. Furthermore a higher rate of photosynthesis, a higher shoot dry weight and a higher number of ears were detected for the mycorrhizal plants compared to the non-mycorrhizal Fusarium inoculated plants. Altogether the negative effects of Fusarium spp. on the wheat plants were compensated by mycorrhizal colonization. In fields no influence of mycorrhizal colonization on Fusarium spp. could be determined. In the first year of the trial inoculation of wheat plants with mycorrhiza led to higher root and shoot dry weight as well as to higher 1000-kernel-weight in comparison to the wheat plants inoculated with Fusarium spp. These results could not be reproduced in the second year of the trial.

L'opinione pubblica percepisce fortemente il rischio derivante da sostanze chimiche sintetiche, ma ignora spesso quello derivante dalla presenza di sostanze tossiche naturali. Tra queste sostanze vengono classificate le micotossine; prodotti del metabolismo secondario di alcuni funghi. La maggior parte degli alimenti di origine vegetale e in particolare i cereali, possono andare incontro a contaminazione da parte di questi funghi, produttori di micotossine, in qualunque stadio. In particolare nel frumento le micotossine che si riscontrano più frequentemente sono l'ocratossina A (OTA) e il deossinivalenolo (DON), mentre nel mais, si riscontrano le Aflatossine e le fumonisine. Queste micotossine hanno effetti epatotossici, nefrotossici, mutageni e cancerogeni, è necessario perciò, un continuo monitoraggio della materia prima (frumento e mais), ma anche dei prodotti destinati all'alimentazione umana a base di questi cereali. / People experience deeply, the risk of synthetics chemicals substances, but often don't know the risk from naturals toxics substances. Between these substances, they are mycotoxins; fungi secondary metabolism's products. Most of vegetable food, as cereals, can suffer a mycotoxins contamination, for effect of these fungi, during any step of alimentary chain. In particular, in wheat , the mycotoxins more frequents are ochratoxin A end deossinivalenol, while in the maize can find aflatoxins and fumonisins. These mycotoxins can have hepatotoxics, nefrotoxics, mutagens and cancerogens effects. This study has monitored contamination's levels of raw material (wheat and maize), but also of foodstuff containing cereals.

In questa tesi di dottorato sono stati indagati i punti critici del ciclo vitale del fungo Fusarium verticillioides, produttore di fumonisine in mais. Le fumonisine sono metaboliti secondari prodotte da funghi appartenenti tutti al genere fusarium e sono state classificate come sostanze cancerogene per l'uomo e per gli animali. Gli argomenti trattati nei vari capitoli sono stati: contaminazione da fumonisine nel mais coltivato nel nord Italia ed effetto delle diverse tecniche colturali, produzione di spore, dispersione di spore, infezione, parametri ecologici che condizionano la crescita e l'accumulo di fumonisina ed il controllo con mezzi chimici in campo su F. verticillioides e Ostrinia nubilalis, un lepidottero che aumenta la contaminazione. / Aim of this work was to collect missing information about critical point of the disease life cycle, to develop a conceptual model for the dynamic simulation of the life cycle of Fusarium verticillioides in maize and the consequent production of fumonisin B1 in kernels. Fumonisin is a secondary metabolite reported as toxigenic in humans and animals. Issues treated are: Fumonisin contamination in maize in Italy and effect of field managements, spore production, spore dispersal, variables influencing growth and toxin accumulation and chemical control of the disease in field.

Questa tesi descrive lo stato delle conoscenze degli effetti tossici da micotossine su animali d allevamento, ed alcuni esperimenti condotti per valutare gli effetti indotti da esposizione cronica da micotossine sui ruminanti. Uno studio è stato condotto su 15 aziende specializzate in sistemi di produzione intensiva di carni bovine, situate nel Nord Italia (province di Verona e Mantova), con l'obiettivo di individuare i rischi d esposizione a contaminazione da micotossine. Alcuni metodi di laboratorio sono stati sviluppati: un metodo per la determinazione di ocratossina A (OTA) accumulata in tessuti e organi; Un metodo per valutare gli effetti delle fumonisine sulla biosintesi delle basi sfingoidi sfingosina (So) e sfinganina (Sa); Un metodo per rilevare l addotto AFB1-albumina. La razione totale mescolata (TMR) è risultata positiva alla AF e FB. Tra i singoli alimenti, il mais e la semola glutinata di mais sono stati i principali responsabili della contaminazione del TMR. Il livello di contaminazione è positivamente correlato al contenuto di umidità di mais. Il metodo per la determinazione dell OTA nei tessuti ed organi ha mostrato un buon recupero medio. L'analisi del rapporto Sa/So nel sangue non ha mostrato alcun effetto negativo delle fumonisine sulla biosintesi lipidica. L'addotto AFB1-albumina è risultato positivo per il 18% dei campioni totali di sangue. / The thesis describes the state of knowledge about toxic effects of mycotoxins on farm animals, and some experiments conducted to assess effects induced by chronic exposure to mycotoxins on ruminants. A field study for was carried out on 15 farms specialised for intensive beef production system, located in Northern Italy (provinces of Verona and Mantova), with the aim to identify risks of exposure to mycotoxins contamination. Some laboratory methods were performed: a method for the detection of ochratoxin A (OTA) concentration in tissues and organs; a method for evaluating the effects of fumonisin on biosynthesis of the two sphingoid bases sfingosine (So) and sphinganine (Sa); a method to detect the AFB1-albumin adduct. Total mixed rations (TMR) resulted positive for AF and FB contamination. Among single feedstuffs, corn and corn gluten feed were the main responsible for TMR contamination. Level of contamination was positively related to corn moisture content. The method for the determination of OTA in tissue and organ showed a good mean recovery. The analysis of ration Sa/So in blood did not show any negative effect by fumonisin on the lipidic biosynthesis. The AFB1-albumin adduct was positive on 18% of total blood samples.

Thesis (doctoral)--University of Göttingen, 2002. / Includes bibliographical references (p. [102]-118).

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Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde in einem seit 2006 bestehenden Weizenfruchtfolgeversuch unter Freilandbedingungen die Zusammensetzung von Fusarium-Artenspektren an Halmbasis und Körnern von Weizen und deren Kolonisierungsraten untersucht. Ein besonderer Fokus lag hierbei auf dem Einfluss der Versuchsfaktoren (i) Jahreseffekt/Witterung, (ii) Vorfrucht, (iii) Sorte und (iv) Blattfungizidbehandlung auf Artzusammensetzung und Kolonisierung von Fusarium an den beiden Pflanzenorganen. Der Vergleich der Fusarium-Spektren an Halmbasis und Körnern zeigte einen deutlichen Kontrast auf. So waren an der Halmbasis insgesamt besonders die Arten F. culmorum, F. equiseti und F. tricinctum anzutreffen, wogegen an den Körnern die Arten F. poae, F. tricinctum sowie 2010 F. graminearum auftraten. Dieses Ergebnis lässt vermuten, dass es sich bei den an den beiden unterschiedlichen Pflanzenorganen auftretenden Artenspektren um unabhängige Populationen handelt. Eine Übertragung von F. culmorum, F. equiseti, F. graminearum und F. poae von der Halmbasis auf die Körner scheint wenig wahrscheinlich. Lediglich für F. tricinctum, welcher durchgehend an beiden Pflanzenorganen aufzufinden war, könnte eine Abhängigkeit zwischen den beiden Populationen in Form einer Übertragung von der Halmbasis auf die Körner existieren. Ob ein Zusammenhang zwischen den beiden Organen in Bezug auf F. tricinctum besteht, kann im Rahmen dieser Arbeit jedoch nicht eindeutig geklärt werden. Im Hinblick auf den Jahreseffekt bzw. die Witterung unterlagen die Artzusammensetzungen an Halmbasis und Körnern sowohl qualitativen als auch quantitativen Veränderungen. An der Halmbasis und auch an den Körnern führte der jahresbedingte Witterungseffekt zu einem breiteren Artenspektrum im Versuchsjahr 2011 gegenüber 2010, was zumindest für die Halmbasis mit den für eine Kolonisierung durch Fusarium günstigeren Witterungsbedingungen 2011 erklärt werden kann. Die jahresbedingten Witterungsunterschiede wirkten sich erwartungsgemäß stärker auf die Körner aus. Quantitative Diskrepanzen fanden sich an beiden Pflanzenorganen in Form von unterschiedlich hohen Kolonisierungsraten der verschiedenen Fusarium-Arten. Die Ergebnisse weisen jedoch auf eine stabile Populationssignatur an der Halmbasis hin, welche von den Arten F. culmorum, F. equiseti und F. tricinctum dominiert wird. In beiden Versuchsjahren herrschte ein geringer FHB-Befallsdruck an den Körnern, sodass die Arten F. poae und F. tricinctum grundsätzlich das Artspektrum bestimmten und eine relativ stabile Populationssignatur bildeten, obgleich auch andere Arten jahresabhängig auftraten, wie z.B. F. graminearum im Jahr 2010 nach Vorfrucht Mais. In Abhängigkeit von der Vorfrucht zeigten sich große Unterschiede in der Kolonisierung der Halmbasis. So konnte zum Entwicklungsstadium der Milchreife nach Vorfrucht Zuckerrübe in beiden Versuchsjahren die höchste Gesamtkolonisierungsrate an der Halmbasis von Weizen ermittelt werden, noch vor Mais. Der Weizen wies nach Vorfrucht Weizen und Vorfrucht Ölrettich insgesamt die niedrigsten Kolonisierungsraten auf. Hauptverursacher für die erhöhte Gesamtkolonisierungsrate nach Zuckerrübe waren die Arten F. culmorum, F. equiseti und F. tricinctum. Eine hohe Relevanz kam hier der Besiedlung durch die stark pathogene Art F. culmorum zu, die besonders im Jahr 2011 häufig vertreten war. Dies konnte auch für die Vorfrüchte Mais, Weizen und Ölrettich bestätigt werden. Die Ergebnisse belegen daher, dass der Vorfruchteffekt lediglich quantitativer Art im Hinblick auf unterschiedliche Kolonisierungsraten war, die Fusarium-Artenzusammensetzung jedoch nicht beeinflusste. Auf Grund der hohen Kolonisierungsraten nach Zuckerrübe sollte auf Basis der Ergebnisse dieser Arbeit die Zuckerrübe aus phytopathologischer Sicht als potenzieller Fusarium-Überträger eingestuft werden. Eine Ertragsrelevanz der Halmbasiskolonisierung an Weizen nach Zuckerrübe konnte jedoch nicht demonstriert werden. Ein Vorfruchteffekt an den Körnern konnte dagegen nur 2010 im Zuge einer erhöhten Kolonisierung durch F. graminearum nach Vorfrucht Mais festgestellt werden, der durch Mykotoxingehalte in den Weizenkörnern verifiziert werden konnte sowie 2011 nach Weizen, bedingt durch verstärktes Auftreten von F. culmorum. Beide Effekte waren jedoch nicht reproduzierbar, was die starke Witterungsabhängigkeit des Einflusses der Vorfrucht unterstreicht. Ein signifikanter Sorteneffekt auf die Gesamtkolonisierungsrate konnte bis auf den Probenahmezeitpunkt BBCH 37-39 2011 sowohl an der Halmbasis, als auch an den Körnern festgestellt werden, wobei der Effekt an den Körnern verglichen mit der Halmbasis zwar auf niedrigerem Niveau in Bezug auf die Kolonisierung auftrat, jedoch etwas stärker ausgeprägt war. Dieser reduzierende Effekt in der resistenten Sorte „Centrum“ war in besonderem Maße auf die quantitative Reduktion der artspezifischen Kolonisierungsraten der an den jeweiligen Pflanzenorganen dominierenden Fusarium-Arten zurückzuführen. Ein signifikant erhöhter Ertrag konnte für die resistente Sorte in beiden Jahren nachgewiesen werden, die Kolonisierungsraten von Halmbasis und Körnern korrelierten jedoch nicht mit dem Ertrag. Die Blattfungizidbehandlung erwies sich dagegen an der Halmbasis als deutlich wirksamer bezüglich einer Reduktion der Gesamtkolonisierungsraten, als an den Körnern. Jedoch war auch hier ein quantitativer, reduzierender Effekt auf die spezifischen Kolonisierungsraten der an Halmbasis und Körnern dominierenden Arten zu beobachten, wobei sich dieser an den Körnern allerdings nur auf die Arten F. culmorum und F. graminearum auswirkte. Ebenso wie der Effekt der Sortenresistenz auf den Ertrag, konnte auch ein positiver Effekt des Blattfungizideinsatzes auf den Ertrag in den behandelten Varianten verzeichnet werden, wobei dieser jedoch jahresabhängig war. Auch hier wurde keine Korrelation zwischen Kolonisierungsraten an Halmbasis und Körnern und dem Ertrag beobachtet. Darüber hinaus zeigten die Pathogenitätstests an Halmbasis und Ähre von Weizen die geringe phytopathologische und agronomische Bedeutung der Arten F. equiseti, F. poae und F. tricinctum. Kaum nachweisbare Symptomausprägungen nach künstlicher Infektion unter kontrollierten Bedingungen in der Klimakammer und geringe Reisolationsraten ließen den Schluss zu, dass insbesondere die Arten F. equiseti und F. tricinctum an der Halmbasis als apathogen einzustufen sind und eine ökologische Rolle als endophytische Nischenbesiedler einnehmen. An der Ähre waren alle drei Arten sowohl unter kontrollierten Bedingungen als auch im Freiland bei künstlicher Inokulation in der Lage, die Weizenkörner zu infizieren und starke Mykotoxinkontaminationen hervorzurufen. Dies ist jedoch unter natürlichen Befallsbedingungen als wenig wahrscheinlich zu erachten. Zudem wiesen die auf ihr Konkurrenzvermögen hin getesteten Arten F. poae und F. tricinctum zu keinem Zeitpunkt die Fähigkeit auf, in Anwesenheit von F. graminearum mit dieser Art zu konkurrieren. Aus diesem Grunde ist anzunehmen, dass die drei untersuchten Fusarium-Arten als Sekundärbesiedler der Ähre fungieren, welche in Jahren mit Trockenheit zur Blüte und dadurch bedingtem, niedrigen Auftreten von FHB eine ökologische Rolle als Nischenbesiedler einnehmen und die abreifende Weizenähre kolonisieren können. Ferner fand keine Reduktion des TKG unter Freilandbedingungen statt, was eine agronomische Relevanz der Kornbesiedlung durch diese drei Arten im Vergleich zu F. graminearum ausschließt. Eine Bekämpfung von Fusarium-Arten sollte sich daher klassischerweise auf pathogene, aggressive Arten wie F. culmorum sowie F. graminearum beschränken und in Form bekannter Kombinationen von Fruchtfolgegestaltung, Sortenwahl, Bodenbearbeitung und Fungizidbehandlung an Weizen unter Berücksichtigung der Regeln für den integrierten Pflanzenschutz erfolgen.

Since the discovery of mycotoxins in food, the thrust of biochemical and toxicological research has been carried out on animals which has proven to be uncoordinated and not easily extrapolated to humans. Over the last decade, there have been increasing pressures to review and reduce the use of animals in experimental toxicological studies. Consequently in this study aflatoxin B1 (AFB1), zearalenone (Zea) and their epoxide derivatives have been evaluated using in vitro assays. The HepG2, A549 and Hela cell lines were used for assessing the cytotoxicity, effects on cellular metabolism and sites of action of AFB1, Zea and their derivatives. The cytotoxicity of these mycotoxins was evaluated using the methylthiazol tetrazolium (MTT) reduction assay. Cells, treated with mycotoxins were prepared for transmission electron mlcroscopy (TEM), immunocytochemistry (ICC), scanning electron microscopy (SEM), confocal and light microscopy. From the cytotoxicity assay it was found that the epoxide derivatives were more toxic than the parent toxin when exposed to HepG2 cells with no significant differences in toxicity levels in A549 and Hela treated cells. Both epoxide derivatives displayed a regression of hepatoma cell proliferation at high doses (25ug/ml) while lower concentrations (<12.5ug/ml) enhanced cell growth. Microscopy analyses showed distinct cellular alterations. When exposed to AFB1 (12.5ug/ml) hepatoma cells showed prominent ultrastructural alterations such as areas of cytoplasmic lysis and increased numbers of secondary lysosomes while cells exposed to Zea (l2.5ug/ml) displayed numerous ovoid mitochondria and proliferation of rough endoplasmic reticulum which is indicative of enhanced protein synthesis. The presence of label in toxin treated cells is suggestive of the effects of these mycotoxins. Such cellular changes may lead to altered metabolism and cell function. / Thesis (M.Med.)-University of Natal, Durban, 1996.

Aflatoxin B1 (AFB1) and Fumonisin B1 (FB1), potentially cytotoxic and carcinogenic mycotoxins are common contaminants of agricultural commodities in South Africa and thus could be detrimental to the human immune system. Many of the cytotoxic effects of AFB1 require its bioactivation to an epoxide, which will bind covalently to macromolecules to form protein and DNA adducts. Fumonisin B1 is a competitive inhibitor of sphingosine and sphinganine N aceyltransferase, which are key components in the pathways for sphingolipid biosynthesis. Accumulation of free sphingoid bases, which are both cytotoxic and mitogenic, could provide a plausible explanation for the toxicity and carcinogenicity of FB1. The cytotoxic effects of AFB1 and FB1 on normal human lymphocytes, individually and in combination were assessed using the methylthiazol tetrazolium (MTT) bioassay. Two different methods of treatment were used, the treatment of isolated normal human lymphocytes for 12, 24, 48, 72 and 96 hours and whole blood treated for 12 hours. Flow cytometry and fluorescent microscopy were used to determine whether AFB1 and FB1 (5uM and 50uM), individually or in combination, were capable of inducing apoptosis, necrosis or nuclear fragmentation in isolated lymphocytes and whole blood treated for 12 hours. DNA damage was evaluated using the comet assay. The results showed that AFB1routinely induced higher levels of cytotoxicity in isolated lymphocytes than FB1. In the combination treatment, the mitogenic properties of FB1 appeared to partially counteract the cytotoxic effect exerted by AFB1. When whole blood was treated with the same concentration and ratio of toxin, FB1 was shown to be more cytotoxic than AFB1. The combination treatment of whole blood was shown to be cytotoxic in a dose dependent manner. The toxins appeared to exert a greater cytotoxic effect, when treated in combination than individually at higher concentrations. Aflatoxin B1 induced increased levels of apoptosis and necrosis in isolated lymphocytes while treatment with the FB1 resulted in increased levels of apoptosis at both concentrations. Treatment with the combination also resulted in increased levels of apoptosis. The levels of apoptosis were reduced in whole blood lymphocytes when compared to isolated lymphocytes. However, treatment with AFB1 and FB1 resulted in increased levels of apoptosis. Both AFB1 and FB1 are capable of inducing nuclear fragmentation. Treatment with FB1 (5uM and 50uM) resulted in greater degree of fragmentation than AFB1. The most nuclear fragmentation was induced by the 5uM combination treatment. The 50uM combination treatment of isolated lymphocytes induced the most DNA damage. As both toxins are common contaminants and have been known to coexist, this could be a potential area of concern for public health. / Thesis (M.Med.)-University of KwaZulu-Natal, 2004.