CE34 - Contaminants, écosystèmes et santé

Les mycotoxines émergentes : un nouveau risque pour l'Homme et les animaux ? – EmergingMyco

Les mycotoxines émergentes : un nouveau risque pour l'Homme et les animaux ?

Les mycotoxines produites par certaines moisissures contaminent plus de 70% des céréales dans le monde et sont un problème de santé publique. Les principales toxines des moisissures Fusarium sont réglementées en Europe pour l'alimentation humaine et animale. Mais les Fusarium produisent d'autres mycotoxines dites «émergentes« car peu caractérisées ou récemment identifiées. Ce projet vise à connaitre leur occurrence dans les céréales françaises ainsi que leur toxicité.

Occurrence des mycotoxines émergentes dans les céréales et caractérisation de leur toxicité chez l’homme et le porc.

Les mycotoxines produites par certaines moisissures contaminent plus de 70% des céréales dans le monde et posent des problèmes de santé. Ainsi chez l’homme, des doses faibles à modérées peuvent induire un retard de croissance, un dysfonctionnement immunitaire et contribuer à l’apparition de cancers. Chez les animaux, elles entraînent souvent une baisse des performances. <br />En Europe, les conditions climatiques favorisent la contamination par les moisissures du genre Fusarium dont les principales toxines (déoxynivalénol, fumonisines, zéaralénone) sont réglementées dans les aliments pour l’homme et les animaux. Cependant, les Fusarium produisent d'autres mycotoxines (beauvericine, enniatines, apicidine, aurofusarin…) moins bien décrites dites émergentes. On connait peu leur occurrence car elles ne sont pas dosées en routine. Leur toxicité est également très peu connue. In vitro, la beauvericine et l’enniatine sont cytotoxiques, induisent du stress oxydant et l'apoptose et ont été très peu étudiées in vivo.<br />Ce projet vise à combler ces lacunes et propose (i) de réaliser une enquête à grande échelle sur la présence des mycotoxines émergentes dans les céréales françaises et de déterminer la relation entre leur concentration et les pratiques agricoles et (ii) d'évaluer leur impact seules ou mélange avec les mycotoxines règlementées, chez l’homme et le porc. Nous étudierons notamment leurs effets sur les fonctions intestinales et hépatiques et sur le microbiote intestinal en utilisant des modèles in vitro, ex vivo et in vivo. <br />Outre une évaluation complète de leur toxicité, le projet permettra comparer les effets de ces toxines émergentes chez l'homme et le porc. Il permettra de collecter des données pour établir une dose journalière tolérable chez le porc.

Le consortium comprend un partenaire industriel spécialisé dans la protection des cultures et en relation avec les acteurs de l'agriculture en France. Il a la capacité de prélever de nombreux échantillons au champ pour en analyser le contenu en mycotoxines et pour le relier aux pratiques culturales. Les équipes de recherche de l'INRA et du CNRS possèdent des expertises variées et complémentaires en toxicologie des mycotoxines, en métabolomique, en transcriptomique et dans l’étude du microbiote intestinal. La toxicité des mycotoxines émergentes les plus présentes dans les céréales sera évaluée grâce à des approches in vitro (cultures cellulaires), ex vivo (explants) et in vivo (expériences sur porcs et rongeurs), en se concentrant sur deux organes cibles l’intestin et le foie. Les techniques omiques permettront d’avoir une évaluation globale sans à priori de l’effet de ces mycotoxines sur le profil d’expression des gènes et des métabolites. Les produits de biotransformation intestinale et hépatique des mycotoxines seront étudiés par des techniques de chromatographie et de spectrométrie de masse. L’étude du microbiote intestinal par séquençage de l’ARN ribosomique bactérien permettra d’évaluer comment les mycotoxines émergentes ont un effet sur sa composition et comment elles peuvent modifier l'équilibre microbien. Grâce à une autre approche de métatranscriptomique, il sera possible d’étudier comment les gènes et les fonctions bactériennes sont affectés par la présence des différentes mycotoxines.

Dix-huit mois après le début du projet, les premiers résultats des études de terrain ont permis d’identifier des métabolites émergents produits par les moisissures, présents à la fois dans les blés en France et dans les aliments pour porcs. Plus de 200 métabolites ont été identifiés dans les échantillons analysés dont près de 90% étaient aussi co-contaminés par le déoxynivalénol. Parmi ces métabolites, ceux présentés ci-après qui font partie des plus abondants, ont pu être classés selon leur toxicité décroissante pour les cellules intestinales porcines : apicidine > enniatine-A1> déoxynivalénol > beauvéricine>ENN enniatine-B> enniatine-B1>emodine > aurofusarine>>> brevianamide F= cyclo-(L-Pro-L-Tyr)= tryptophol. La toxicité de ces métabolites en mélange avec le déoxynivalénol a été testée en reproduisant des situations d’exposition réalistes des animaux aux mycotoxines. Dans la plupart des cas, la toxicité du mélange s’est montrée similaire ou parfois inférieure à celle du déoxynivalénol seul, ce qui souligne le fait que sa toxicité dans ces conditions expérimentales n’est pas exacerbée par le mélange.
Les recherches sur les propriétés antimicrobiennes et cytotoxiques et le mode d’action des enniatines et de la beauvéricine ont montré qu’elles sont actives contre les bactéries Gram +, les mycobactéries et différentes lignées cellulaires humaines (pulmonaire, intestinale, et hépatique notamment) et que les enniatines A et A1 sont plus toxiques que enniatines B, B1 et beauvéricine. L’étude de leur mode d’action a mis en évidence qu’elles interagissent avec les lipides bactériens, qu’elles dépolarisent la membrane et qu’elles inhibent à faible dose la synthèse des macromolécules bactériennes.

Ce projet va permettre de collecter des données qui font défaut sur la présence de mycotoxines émergentes dans les céréales françaises, leur co-occurrence avec d'autres mycotoxines réglementées et le lien avec les pratiques agricoles pour identifier celles qui limitent la contamination. Par ailleurs, ce projet fournira des données toxicologiques et de métabolisation des mycotoxines émergentes chez l'homme et l'animal afin de compléter l’existant et de produire des données originales. L’évaluation des effets toxiques par des approches ciblées (paramètres physiologiques classiques) et non ciblées (approches transcriptomique, protéomique, métabolomique et étude du microbiome intestinal) permettra d’identifier les voies métaboliques perturbées. Les essais chez le porc permettront de déterminer une dose journalière tolérable (DJT) pour cette espèce. Enfin, la comparaison de la toxicité des mycotoxines émergentes entre l’homme et le porc permettra de confirmer que le porc est une espèce modèle pertinente pour les études toxicologiques des mycotoxines chez l'homme.

Les résultats de 2 premières études ont été communiqués dans des conférences et publiés dans des articles scientifiques. La première étude a permis de produire des résultats originaux sur la toxicité sur des cellules épithéliales intestinales de plusieurs mycotoxines émergentes qui ont aussi été testées en mélange avec une mycotoxine règlementée. Dans ces mélanges reproduisant des situations réalistes, elles ne modifient pas la toxicité du déoxynivalénol.
La deuxième étude a porté sur les propriétés antimicrobiennes et cytotoxiques et le mode d’action des enniatines et de la beauvéricine. Après avoir montré que ces mycotoxines sont actives contre les bactéries Gram +, les mycobactéries et différentes lignées cellulaires humaines, les travaux ont mis en évidence qu’elles interagissent avec les lipides bactériens, qu’elles dépolarisent la membrane et qu’elles inhibent à faible dose la synthèse des macromolécules bactériennes.

Les mycotoxines sont des contaminants fréquents des céréales, présents dans plus de 25% des échantillons dans le monde. Ils présentent des risques potentiels pour la santé de l’homme et des animaux. Chez l’homme, des doses faibles à modérées peuvent induire un retard de croissance, un dysfonctionnement immunitaire et contribuer à l’apparition de cancers. Chez les animaux, elles entraînent souvent une baisse des performances En Europe, les conditions climatiques favorisent la contamination par les champignons du genre Fusarium dont les principales toxines le déoxynivalénol (DON), les fumonisines (FB) et la zéaralénone (ZEN) sont réglementées dans les aliments pour l’homme et les animaux. Cependant, les Fusarium produisent d'autres toxines comme la beauvericine, les enniatines, l’apicidine et l’aurofusarin, moins bien décrites et appelées mycotoxines émergentes. Les données d'occurrence de ces toxines sont encore limitées. Elles ne sont pas dosées en routine, ni règlementées mais des résultats préliminaires suggèrent qu’elles ont une prévalence élevée. In vitro, la beauvericine et l’enniatine sont cytotoxiques, induisent du stress oxydant et l'apoptose et in vivo, il existe peu de données d’exposition chronique. L'aurofusarine et l'apicidine ont été très peu étudiées ; moins de 30 publications décrivent leurs effets toxiques. L'intestin est la première barrière contre les contaminants alimentaires ingérés. DON, FB et ZEN altèrent la prolifération et la différenciation des cellules intestinales, l'absorption des nutriments et la fonction de barrière. Les mycotoxines, comme les antibiotiques, sont aussi des métabolites secondaires des champignons. Bien que les effets de ces derniers sur le microbiome intestinal soient bien décrits, les connaissances sur l'impact des toxines de Fusarium sur le microbiote intestinal sont limitées et celui des mycotoxines émergentes totalement inconnu.
Ce projet vise à combler les lacunes dans la connaissance des mycotoxines émergentes en étudiant à la fois leur prévalence et leur toxicité.
Il propose (i) de réaliser une enquête à grande échelle sur la présence des mycotoxines émergentes dans les céréales françaises et de déterminer la relation entre leur concentration et les pratiques agricoles et (ii) d'évaluer leur impact seules ou combinaison avec les mycotoxines règlementées, chez l’homme et le porc. Nous étudierons notamment leur impact sur les fonctions intestinales (barrière, absorption des nutriments, immunité) et utiliserons en parallèle des modèles in vitro, ex vivo et in vivo. Des approches « omiques » (transcriptomique, protéomique et métabolomique) permettront d'obtenir une vision globale des effets toxiques observés chez des porcs exposés aux mycotoxines émergentes. Des échantillons de contenu intestinal et fécal permettront d’évaluer par séquençage du gène 16S et métatranscriptomique les effets des mycotoxines émergentes sur le microbiote intestinal. Les formes modifiées des mycotoxines émergentes produites par métabolisation seront identifiées par spectrométrie de masse. Ces études sur les animaux viseront également à établir, une dose quotidienne tolérable (TDI)
À notre connaissance, ce projet qui compare les effets sur la santé chez l’homme et le porc dans une approche intégrée « One Health », est unique dans sa stratégie. La complémentarité des approches (depuis l'étude de terrain jusqu’aux méthodes « omiques ») permettra de réaliser une étude globale sur l'occurrence et la toxicité de 4 mycotoxines émergentes sélectionnées. Ce projet innovant repose sur la participation de 6 partenaires ayant des expertises complémentaires, depuis l'agronomie à la toxicologie et s’appuiera sur les relations déjà bien établies entre eux.

Coordination du projet

Philippe PINTON (Institut National de la Recherche Agronomique)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

MICALIS
CNRS DR12_ISM2 Centre National de la Recherche Scientifique délégation Provence et Corse_Institut des Sciences Moléculaires de Marseille
BAYER S.A.S.
INRA TOXALIM TRIX Institut National de la Recherche Agronomique
INRA TOXALIM AXIOM Institut National de la Recherche Agronomique
INRA TOXALIM BTM Institut National de la Recherche Agronomique

Aide de l'ANR 594 600 euros
Début et durée du projet scientifique : mars 2019 - 48 Mois

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