Mykotoksyny, czyli trujące substancje wytwarzane przez grzyby to problem dla przemysłu rolnego i paszowego na całym świecie. Zanieczyszczenie mykotoksynami zagraża zarówno bezpieczeństwu żywności, jak i zdrowiu zwierząt gospodarskich.

Jedną najczęściej występujących mykotoksyn jest deoksyniwalenol (DON)- wytwarzany przez grzyby Fusarium, które często infekują uprawy zbóż, takich jak pszenica i kukurydza, powodując więdnięcie, zgniliznę i zgorzel. Zwierzęta hodowlane, zwłaszcza świnie, są szczególnie narażone na ekspozycję na DON, który może uszkadzać wyściółkę jelit, upośledzać wchłanianie składników odżywczych i osłabiać odporność.

Wyściełające jelito komórki nabłonka pełnią funkcję bariery ochronnej, zapobiegając przedostawaniu się szkodliwych substancji, patogenów i toksyn do krwiobiegu, a jednocześnie umożliwiając wchłanianie składników odżywczych. Uszkodzenie tej bariery może prowadzić do stanu zapalnego, zaburzeń trawienia i zwiększonej podatności na choroby.

Naukowcy z Northeast Agricultural University (Chiny) pod kierownictwem profesora Yi Zhao wykazali, że likopen, naturalny pigment o właściwościach antyoksydacyjnych występujący w pomidorach i innych czerwonych owocach, może chronić komórki jelitowe przed uszkodzeniami wywołanymi przez DON (https://spj.science.org/doi/10.34133/research.1251).

„DON może poważnie zaburzyć barierę ochronną jaka tworzą komórki nabłonka świńskich jelit, zmniejszając ich żywotność, upośledzając ruch i zaburzając strukturę komórkową” – wyjaśnił dr Zhao.

DON wywołuje łańcuch szkodliwych zdarzeń wewnątrz komórek. Jednym ze znaczących efektów jest mitofagia, naturalny mechanizm, w którym uszkodzone mitochondria (struktury produkujące energię w komórce) są usuwane.

DON powoduje nadmierną mitofagię, prowadząc do stresu komórkowego. Jednocześnie toksyna indukuje ferroptozę, wyspecjalizowaną formę programowanej śmierci komórki, napędzaną akumulacją żelaza i uszkodzeniem lipidów błonowych.

Naukowcy zaobserwowali, że komórki wystawione na działanie DON wykazywały zwiększony poziom reaktywnych form tlenu (ROS), co prowadziło do stresu oksydacyjnego, podwyższonego utleniania lipidów i akumulacji jonów żelaza. Zmiany te przyczyniły się do poważnego uszkodzenia bariery ochronnej.

Gdy komórki zostały poddane działaniu likopenu, poprawiła się przeżywalność komórek i została przywrócona integralność bariery ochronnej. Więcej było białek, które działają jak molekularne „uszczelki” między sąsiadującymi komórkami i pomagają utrzymać barierę jelitową. Będący przeciwutleniaczem likopen obniża również poziom ROS, co prowadzi do stabilizacji funkcji mitochondriów i przywrócenia równowagi żelaza w komórkach.

„Kluczowym regulatorem tego procesu jest PGAM5, białko kontrolujące stres komórkowy i szlaki śmierci komórkowej” – wskazał dr Zhao.

Ekspozycja na DON spowodowała znaczny wzrost poziomu PGAM5, co doprowadziło do aktywacji szlaku kontroli jakości mitochondriów, obejmującego PINK1 i PARKIN. Te dwa białka są odpowiedzialne za regulację mitofagii. Nadmierna aktywacja tych białek promowała ferroptozę i rozpad bariery jelitowej.

Likopen hamował nadmierną ekspresję PGAM5 i zmniejszał aktywację dalszych szlaków. Dalsze wsparcie przyniosła analiza dokowania molekularnego, metoda obliczeniowa wykorzystywana do przewidywania interakcji cząsteczek na poziomie atomowym. Analiza sugerowała, że likopen wiąże się bezpośrednio z PGAM5, co wskazuje, że białko to może być bezpośrednim celem jego działania ochronnego.

Aby potwierdzić ten mechanizm, naukowcy sztucznie zwiększyli poziom PGAM5 w komórkach. W tych warunkach likopen utracił większość swojego działania ochronnego.

Ogólnie rzecz biorąc, odkrycia wskazują na jasny mechanizm: DON aktywuje PGAM5, powodując nadmierną mitofagię i ferroptozę, co uszkadza barierę jelitową. Likopen przerywa ten szlak, hamując PGAM5, chroniąc w ten sposób zdrowie komórek. Likopen byłby więc obiecującym kandydatem do ochrony przed zaburzeniami jelitowymi wywołanymi toksynami grzybiczymi i wydaje się mieć potencjał w poprawie zdrowia zwierząt gospodarskich poprzez interwencje dietetyczne.

Paweł Wernicki (PAP)

pmw/ agt/