LeapAgri: European-African partnership for safe and efficient use of mycotoxin-mitigation strategies in sub-Saharan Africa

MycoSafe-South, det såkalte "Europeisk-afrikanske partnerskapet for sikker og effektiv bruk av mykotoksinreduserende strategier i Afrika sør for Sahara", hadde til hensikt å utnytte ekspertisen og infrastrukturen som er tilgjengelig i Europa for å styrke de afrikanske partnernes kapasitet til å takle mykotoksinproblemet og de assosierte matsikkerhetsproblemene. Prosjektet hadde som formål å finne strategier for å redusere eksponeringen med to viktige typer mykotoksiner - aflatoksiner og fumonisiner. MycoSafe-South prosjektet ble koordinert av Universitetet i Gent og inkluderte flere samarbeidspartnere fra Europa og Afrika. Prosjektet hadde som formål å (1) kunne tilby sikre avgiftningsmetoder for aflatoksin- og fumonisinforurenset mat til barn og voksne gjennom sikre og effektive intervensjonsstrategier etter høsting, (2) å utvikle intervensjonsstrategier for å redusere human eksponering for aflatoksiner gjennom dyreprodukter (dvs. melk, kjøtt og egg), og (3) å organisere utdanningsprogrammer og bevissthetskampanjer som vil tilrettelegge for kunnskapsoverføring og å hjelpe interesserte til å forstå mykotoksinassosierte helserisiko. Mesteparten av det praktiske arbeidet ble gjennomført av fire doktorgradsstipendiater. Teamet ved Veterinærinstituttet var involvert i uttestingen av en leirebasert aflatoksinbinder i et SHIME testsystem («Simulator of the Human Intestinal Microbial Ecosystem»). Ved hjelp av dette testsystemet dokumenterte vi at binderen kan adsorbere aflatoksin, og at den på den andre siden ikke hadde noen negative effekter på mikrobielle parametere. Det samme SHIME systemet ble også benyttet for å teste effekten av et fumonisin-nedbrytende enzym. Det viste seg også å fungere og konsentrasjonen til fumonisin B1 avtok signifikant etter tilsetting av enzymet til systemet, samtidig som konsentrasjonen til hydrolysert fumonisin økte. Det enzymet ble også testet i en studie i smågris der man skulle simulere en administrering i kapselform. Dyrene fikk derfor enzymet sammen med fumonisin B1 enten via en bolus eller intra-oral. Sammenliknet med en intra-oral administrering av enzymet viste resultatene at enzymet ikke var like effektiv for fumonisin-nedbrytning da det ble gitt via en bolus. Dette tyder på at det å gi det fumonisin-nedbrytende enzymet i kapselform vil muligens ikke fungere til fumonisin-avgiftning. Binderen og det fumonisin-nedbrytende enzymet var planlagt å testes i en større human intervensjonsstudie i Kenya eller Sør-Afrika, og det var planlagt å analysere aflatoksin og aflatoksin-metabolitter i prøver fra studien ved Veterinærinstituttet. Grunnet koronapandemien var forsøkene ikke mulig å gjennomføre, og det viste seg også å være vanskelig å få etisk godkjennelse til å gjennomføre studien. Vi måtte derfor velge alternative mål. Det skotske firmaet Harbro Ltd. var en industripartner i prosjektet som har utviklet en fôrtilsetning («Maxammon») hvilket i et pilotforsøk også kunne dokumentere fjerning av aflatoksiner. MycoSafe-South undersøkte om «Maxammon» kan redusere aflatoxiner og fumonisiner i kontaminert mais i modellforsøk på laboratoriet. Ved Veterinærinstituttet fokuserte vi spesielt på aflatoksin B1, og undersøkte hva som skjer med molekylet i et basisk miljø («Maxammon» er basert på urea). Forsøkene med kontaminert mais viste seg å være svært variable og ga ingen klar indikasjon på en mykotoksinreduksjon og «Maxammon» viste seg dessverre ikke til å være et alternativt produkt til aflatoksin- og fumonisinavgiftning. Under ledelse av Universitetet i Johannesburg ble en mindre intervensjonsstudie i Soweto/Sør-Afrika planlagt, der man skulle teste effekten av en såkalt nixtamaliseringsprosess på aflatoksiner og andre mykotoksiner under tillaging av maisbaserte retter. Prosessen er kjent for å kunne redusere aflatoksiner. I den sammenhengen ble det ved Veterinærinstituttet utviklet en metode der man etter en såkalt mikro-prøvetaking av 10 mikroliter blod fra en fingerprikk kan bestemme nivåene av 28 forskjellige mykotoksiner og mykotoksin-avgiftningsprodukter. Metoden kan benyttes i nye kartleggingsstudier der man skal evaluere mykotoksineksponeringen i befolkningen. Intervensjonsstudien ble dessverre ikke gjennomført grunnet utfordringer med å rekruttere frivillige i Soweto, men kan forhåpentligvis fortsatt gjennomføres i nær framtid. Et annet sentralt mål med prosjektet var å skape oppmerksomhet rundt mykotoksinproblematikken i Afrika og lære bort viktige fakta om mykotoksiner til det afrikanske lokalsamfunnet. I 2020 ble derfor en LEPA-Agri MycoSafe-South workshop gjennomført ved Universitetet i Johannesburg, etterfulgt av et «Farmer’s Lab» i Soweto der lokalbefolkningen fikk muligheten til å lære om mykotoksiner. Resultatene fra Mycosafe-South ble presentert ved det tredje symposiet til det Afrikanske Selskapet for Mykotoksikologi i samarbeid med belgiske MYTOX-South i Stellenbosch i september 2022.

The MycoSafe-South outcomes and impacts reported here are limited to those that are directly related to activities and contributions of the Norwegian partners. • General outcomes: -Strengthening of European-African collaborations beyond the current MycoSafe-South project -Education of young scientists, i.e. graduation of four PhDs, with one candidate that was promoted and co-supervised by the Norwegian partner -Creating awareness for the mycotoxin-problems in Africa • Specific outcomes: -The efficacy of two mycotoxin detoxifying animal feed additives and their safety for the gut microbiota was shown in an in vitro human gut model, the “simulator of the human intestinal microbial ecosystem” (SHIME®) -The efficacy of two application modes for fumonisin esterase was compared in an in vivo piglet model, which showed that ingestion of the fumonisin detoxifying enzyme in a capsule is probably not effective -Development of a multi-mycotoxin liquid chromatography – high-resolution mass spectrometry method for the biomonitoring of multiple mycotoxin biomarkers of exposure, including several mycotoxin biotransformation products, in human blood using the Volumetric Absorptive Microsampling technique -Determination of a suitable single fumonisin B1 dose for humans necessary for quantification of the toxin and its (partially) hydrolyzed metabolites in feces; in order to study the efficacy of fumonisin esterase under controlled experimental conditions -Submission of ethical dossiers to Kenyan and South African authorities showed that the mycotoxin detoxifiers are likely to be classified as pharmaceutical drugs, not as food supplements, which makes it difficult to conduct human intervention studies

The project will address the above stated aims following an inter-institutional approach in the frame of four joint European-African PhD candidates that are interconnected and linked in five work packages. The safety and efficacy of two approaches for the detoxification of aflatoxins (AFs) and fumonisins (FBs) in food will be examined by in vitro and in vivo models. These imply (1) food processing techniques including nixtamalization, dehulling and fermentation; and (2) the application of mycotoxin binders/modifiers. Based on the in vitro and in vivo animal experiments , the best-treatment strategy will be selected for a randomized placebo-controlled human intervention study in Kenya and South-Africa. The interaction between the ruminal microbiome and its capacity to degrade AFs will be investigated in Holstein Friesian and Zebu cattle at ILRI. Furthermore, the impact of feeding a diet simultaneously contaminated with AFs and FBs on the formation of AFM1 will also be evaluated. Animals will be fed either a control diet, an AFs-contaminated diet or an AFs+FBs-contaminated diet. Subsequently, safety and efficacy of adding a mycotoxin detoxifying agent to these diets will be investigated. Mycotoxins in poultry feed can have serious effects on poultry health, which impacts the productivity, but in addition, secondary exposure to AFs through consumption of eggs, liver and meat derived from chickens fed AFs-contaminated feed, poses a risk to consumer health. In contrast, FBs residues in animal tissues are low12, but co-exposure with AFs may alter the disposition of FBs. The project will therefore provide more evidence on how AFs and FBs in poultry feed contribute to negative chicken health and production effects.