Mycotoxin contamination in Norw. food and feed - modelling, reductive appro. and risk assesment w/regards to the whole food chain

Fusarium-sopper kan forårsake aksfusariose og andre sjukdommer på kornplanter. I tillegg til å redusere avlingsmengde og gi nedsatt spireevne, kan ulike Fusarium-arter produsere forskjellige mykotoksiner (soppgifter), blant annet trichothecener (deoksynivalenol (DON), T-2, HT-2), zearalenon og enniatiner, som er giftige for mennesker og dyr. Spesielt toksinet DON, som dannes av Fusarium graminearum, har fått økt utbredelse med store økonomiske konsekvenser for kornproduksjonen. I en del partier av havre er det dessuten registrert høye forekomster av HT-2 og T-2-toksiner, som dannes av F. langsethiae. Hovedmålet i dette prosjektet, var å utvikle kunnskap, metoder og tiltak som kan bidra til å redusere risiko for myktoksiner i norsk korn, og å fremskaffe mer kunnskap om helserisiko forårsaket av mykotoksiner. Vi har undersøkt dyrkingsforhold som har betydning for angrep av Fusarium og utvikling av myktoksiner i norsk havre og vårhvete. Forsøkene viste økt smittepress i åkeren etter harving, som etterlot betydelige mengder planterester oppå bakken, sammenliknet med pløying. Pløying om våren ga den samme reduksjonen i smittepress som høstpløying. De vanligst forekommende Fusarium-artene i planterestene var F. avenaceum og F. graminearum. I tillegg påviste vi F. langsethiae-DNA i lave konsentrasjoner. Vi målte økt innhold av Fusarium-sporer, særlig F. graminearum, i lufta etter nedbørrike perioder. Dette er første dokumentasjon på luftspredning av Fusarium-sopper i Norge. Det konkluderes med at planterester på bakken kan være en betydelig smittekilde og at pløying reduserer smittepotensialet og risikoen for mykotoksiner i den enkelte åker, men luftspredning av F. graminearum fra upløyde arealer kan forårsake angrep og DON i omkringliggende åkre. Våre data tyder på at risikoen for utvikling av DON i havre ikke samsvarer med risikoen for utvikling av HT2/T2-toksiner. En matematisk modell som beregner blomstringstidspunkt i havre ble utviklet og er publisert på VIPS (vips-landbruk.no). Den kan benyttes av havredyrkere for å bestemme tidspunkt for eventuell behandling med fungicid mot Fusarium. Vi fant en klar sammenheng mellom værforhold og innhold av myktoksiner i høsta korn. En dyrkingsveiledning med råd om hvordan en kan redusere risikoen for utvikling av mykotoksiner i korn er publisert. Muligheter for forbedret sortsresistens har vært en viktig del av prosjektet. Det ble gjennomført omfattende prøving av sorts- og foredlingsmateriale ved smitteforsøk i felt, og fra 2011 ble testekapasiteten økt betydelig ved at UMB/NMBUs smittemetode ble etablert også ved Graminor (for egen kostnad). Det ble påvist sikre sortsforskjeller i både havre, hvete og bygg med hensyn til DON-innhold. Resultater fra prosjektet var viktige ved godkjenning av nye sorter i 2014. Prøvingsmetoden viser genetisk variasjon i elitematerialet av havre og tilsier framgang på kort sikt. Utprøving av linjer og kryssinger har også vist at det er lovende materiale å finne i tysk, russisk og nordamerikansk havre. Prosjektet har gjort en genetisk analyse av nedarving av DON i havre. Smitteforsøk viste at infeksjon under blomstring i havre gav høyest DON-innhold i korna, og størst spireskader, i forhold til infeksjon på et seinere utviklingsstadium. Både mykotoksin og Fusarium-sopp kan gi redusert spiring. Dette betyr at en i havreforedling bør måle både toksininnhold og spireevne. Ved samarbeid med Nofima har vi utviklet en billig screeningmetode for DON ved hjelp av Nær-infrarød spektroskopi. Den predikerer toksininnholdet i en prøve med en feil på 3.16 ppm. Dette er tilstrekkelig for å identifisere den beste tredjedelen i materialet. Hormonforstyrrende egenskaper hos mykotoksiner, enkeltvis eller i blanding (bl.a. trichothecener (DON, T-2 / HT-2), zearalenon, og dets metabolitter, og enniatiner), basert på ekstrakter av F. graminearum, ble undersøkt ved in vitro metoder ved samarbeid mellom fire forskningsmiljøer med tverrfaglig kompetanse. NVH/NMBU brukte laboratoriemodeller basert på hormonproduserende celler fra menneske og gris. Queens University Belfast (Nord-Irland) brukte genmodifiserte celler for å studere effekter på hormonsignalering. To mykotoksinblandinger ble analysert i detalj av VI med hensyn til kjemisk sammensetning. Èn blanding hadde sterke effekter på hormonproduksjon og hormonsignalering, mens den andre hadde en direkte toksisk effekt på cellene. Ved undersøkelse av fraksjoner av blandingene, kunne det konkluderes at de hormonforstyrrende egenskaper hovedsakelig skyldtes zearalenon og dets metabolitter, mens de toksiske egenskapene mest sannsynlig var forårsaket av trichothecener. Individuelle mykotoksiner ble undersøkt nærmere med avanserte proteinanalyser ved UMB/NMBU for å få en bedre forståelse av virkningsmekanismene. Oppsummert viser resultatene at det er grunn til å ha økt bevissthet om mulige negative helseeffekter hos mennesker og dyr som følge av inntak av mat eller fôr forurenset med mykotoksiner.

The main goal of this project is to reduce the risk of mycotoxin contamination in Norwegian food and feed, and to evaluate health risks posed by mixed exposure scenarios in humans and animals. The project (2010-2013) is planned organised in three work pac kages (WPs). WP A will focus on measures to reduce the risk of development of Fusarium and mycotoxins in Norwegian oats and spring wheat. Experiments will be conducted to clarify the effect of different tillage regimes on development of Fusarium and mycot oxins in plant residues and in grains. We aim to identify field characteristics (terrain, soil type, etc.) that are responsible for the local and regional differences observed. The accuracy of prediction models will be increased by, in addition to weather data, including data on tillage systems, crop rotation and field characteristics. WP B will focus on methods and germplasm for breeding resistant cultivars, the most cost-effective long-term measure for the prevention of mycotoxins through disease screen ing nurseries in wheat and oats. In wheat, well-characterized genetic resistance and selection criteria exist. In oats, much work remains with regard to genetic variation and resistance criteria. The project will address both aspects by defining infection parameters and by crossing German low-toxin cultivars with Norwegian genotypes. A major hurdle is the cost of mycotoxin analyses. The project will use field and chemical data to develop a near-infrared calibration to be used in disease screening nurserie s. WP C will assess health risks following exposure to complex mixtures of mycotoxins using animal and human in vitro models. A bioassay-base fractionation approach will be used to detect activity of mycotoxin mixtures, followed by chemical characterizati on of active fractions. "Omics" analysis and mechanistic studies should lead to better understanding of working mechanisms and lead to biomarkers for mycotoxin exposure.