La patulina és un compost orgànic classificat com a toxina, en concret una micotoxina produïda per diferents espècies de fongs filamentosos, majorment englobats en els gèneres Penicillium, Aspergillus i Byssochlamys. Pot ser causant de problemes greus a la salut de les persones i animals, a més d'actuar disminuint la qualitat dels aliments que es comercialitzen.
Fou aïllada a principis de l'any 1940 per primer cop de Penicillium patulum (avui dia conegut com a Penicillium griseofulvum), on es va observar la seva funcionalitat com a substància antimicrobiana, antivírica i/o antifúngica. Però després de ser aprovada pel tractament del refredat o per lluitar contra les infeccions fúngiques de la pell, entre el 1950 i el 1960 es va establir com una substància tòxica d'origen micòtic. La recerca va seguir i els investigadors van poguer classificar aquest metabòlit secundari com a policètid introduint-lo en la família de les lactones, i coneguda a nivell químic amb la nomenclatura de (4-hidroxi-4h-furo[3,2-c], pirane-2(6h)-ona).
Amb un pes molecular de 154,027 u i amb la capacitat de poder formar cristalls o pols, normalment la trobarem soluble ja sigui en dissolvents orgànics o aigua amb pH àcid. Una característica molt destacable d'aquesta, és que a nivell físico-químic presenta un punt de fusió de 110,5 °C, pel que farà que pugui no ser destruïda o inactivada per processos amb aplicació de calor que no superin aquesta temperatura.
No obstant, patir una intoxicació alimentària per patulina és complicat. Això és a causa de l'anàlisi de control de qualitat de les empreses que segueixen les normatives de la FAO (Organització de les Nacions Unides per a l'Agricultura i l'Alimentació) i l'OMS (Organització Mundial de la Salut), que especifiquen la quantitat de patulina que poden portar els aliments comercialitzats, a causa que si aquests són ingerits podrien arribar a causar malaltia. Aquest control de la micotoxina moltes vegades es troba associat a un control de qualitat de l'aliment, centrat en la detecció de Penicillium expansum. Aquest fong és catalogat com el principal productor de patulina, conduint la podridura en fruites com les pomes, cireres i peres; o alterant productes derivats d'aquestes, com és en el cas dels sucs de poma (principals aliments on trobem patulina). c Biosíntesi La producció de patulina depèn de les condicions d'humitat i temperatura a la que es troba el fong productor de la micotoxina en aquell moment. Els experiments de laboratori amb Penicillium griseofulvum van establir que la major capacitat productiva de patulina s'obtenia entre els 20 i 30 dies de cultiu, i a una temperatura òptima de 28 °C. A més, es veu afavorida la seva síntesi quan el pH del medi és de 4'5-5.
La ruta biosintètica de la patulina consisteix aproximadament en 10 passos on es veuen involucrats un mínim de 15 gens dels quals uns d'aquests són factors de regulació, i d'altres són enzims. Els passos de síntesi són els següents:
Formació de 6MSA (àcid 6-metilsaliciílic) per la condensació d'acetil-CoA i tres unitats de malonil-CoA. El 6MSA es modifica a m-cresol per una 6MSA descarboxilasa. El grup metil de m-cresol és oxidat per formar un grup aldehid (alcohol m-hidroxibencilic passa a ser alcohol gentísic). Aquest pas va seguit d'una reacció d'hidroxilació que condueix a la formació de gentisil-aldèhid. La conversió del gentisil-aldehíd (un anell) a una estructura de dos anells (patulina), necessita la apertura d'un anell mediat per una monooxigenasa o una dioxigenasa. Per acabar, abans de sintetitzar patulina, es sintetitzen 4 precursors intermedis. el primer és l'isoepoxydon. El segon és la filostina. El tercer és la neopatulina. El quart és l'ascladiol. Per acabar, tenim la formació de patulina. De totes maneres, aquesta ruta biosintètica no és exclusiva per la formació de patulina, sinó que gràcies a aquesta ruta es poden sintetitzar altres metàbolits com l'àcid gentísic o el toluquinol, que seran utilitzats pel fong per duu a terme altres reaccions i processos a nivell cel·lular.
Toxicitat Sent la patulina un agent tòxic per plantes, animals i éssers humans, s'han realitzat estudis sobre la seva capacitat tòxica. Per a aquests estudis s'han usat diferents models, ja siguin animals (on aquesta s'estudia amb injeccions o ingesta en rates de laboratori) o amb llavors. De fet (traient l'anàlisi tòxica en plantes), gràcies als models animals s'ha determinat que la patulina era una substància tòxica pels humans i la FAO va establir i fixar la seva dosi diària tolerable.
Genotoxicitat Per estudiar la seva capacitat genotòxica es va analitzar la seva capacitat de revertència en el Test d'Ames mitjançant diversos microorganismes:
Salmonella enterica subgrup enterica serotipus typhimurium -> No augmenta la freqüència de revertència. Saccharomyces cerevisiae i Bacillus subtilis -> Presència d'activitat mutagènica. No obstant, la patulina va donar negatiu per a la genotoxicitat mitjançant l'assaig de microplaca SOS, però va ser clarament positiu per l'assaig d'acceptació de tRNA per agents cancerígens.
Diversos estudis han demostrat que la patulina actua com a clastogen (agent mutagènic que dona lloc o indueix a la interrupció o trencament de cromosomes fent que seccions del cromosoma s'eliminin, s'afegeixin o es reorganitzin) en cèl·lules de mamífers. Per exemple, induint micronuclis sense cinetocors i aberracions cromosòmiques estructurals en les cèl·lules de fibrolast pulmonar de hàmster xinès. Aquests trencaments de cromosoma i la cromàtide (i als intercanvis entre cromàtides germanes) també van ser induïts per la patulina a les cèl·lules ovàriques de hàmster xinès, però no als limfòcits humans.
A més, es van obtenir evidències de danys oxidatius en l'ADN en les cèl·lules renals embrionàries humanes després del tractament amb patulina.
Finalment, la majoria dels assajos realitzats amb cèl·lules de mamífers van ser positius, mentre que els assajos amb bacteris van ser principalment negatius.
Tot i això, alguns estudis van indicar que la patulina alterava la síntesi de l'ADN, on aquests efectes genotòxics podrien estar relacionats amb la seva capacitat de reacció amb grups sulfhidril i, així, induir danys oxidatius. No obstant, l'OMS va concloure que a partir de les dades disponibles obtingudes en els diferents estudis la patulina és genotòxica.
Carciongènesi Els estudis que s'han fet sobre l'efecte cancerigen que presenta la patulina han resultat negatius demostrant-se l'absència de creixement tumoral. De fet, un experiment on s'exposava a rates a una injesta de 0,1 a 2,5 mg de patulina / kg de pes de la rata diària durant 74 i 104 setmanes, va mostrar-se desfavorable pel creixement de cèl·lules tumorals. Per això mateix, l'Agència Internacional per a la Investigació del Càncer (IARC) va classificar la patulina dins del grup 3 com a: ‘‘no classificable pel que fa a la seva carcinogenicitat per als humans”.
Embriotoxicitat i teratogenicitat miniatura|232x232px|Diagrama de l'ou:
1.Closca; 2.Membrana externa; 3.Membrana interna; 4,13.Chalaza; 5.Clara d'ou interna; 6.Clara d'ou externa; 7.Membrana vitelina; 8.Nucli de Pander; 9.Disc germinal; 10.Rovell groc; 11.Rovell blanc; 12.Membrana de chalaza; .Definim la embriotoxicitat com la capacitat d'una substància per produir efectes tòxics en la progènie durant el primer període de la gestació: des de la concepció a l'estat fetal.
Tal com es descriu en un estudi, la dosi intraepitelial de 1,5 mg de patulina / kg de pes corporal per dia a la primera generació de rates Sprague Dawley va provocar que aquestes reabsorbissin la toxina amb major capacitat. La descendència d'aquesta no presentava un efecte relacionat amb la reabsorció de la toxina com a tal, però sí que presentava una disminucó de la mida del fetus. Curiosament, si als pares se'ls hi injectava una dosi de 2,0 mg de patulina / kg de pes corporal, s'induïa l'avortament de els embrions.
Si en els mateixos ratolins, en comptes de fer injeccions intraepitelials se'ls administarava oralment la mateixa dosi, provocava la mort de la descendència amb hemorràgies cerebrals, pulmonars i cutànies.
Quan es varen injectar els inòculs de patulina en les cambres d'aire dels ous de pollets, es va detectar que la patulina era embriotòxica a nivells de 2,35-68,7 µg / ou en funció de l'edat de l'embrió. Tot i que també es va informar que aquesta era teratogènica a nivells d'1-2 µg / ou; és a dir, induïa una reducció significativa del contingut de proteïnes, de l'ADN, el diàmetre del sac vitel·lí, la longitud cèfalo-caudal i el nombre de somites.
No obstant, el tractament amb patulina també va augmentar la freqüència dels embrions defectuosos; on les anomalies incloïen: retard de creixement, hipoplàsia del mesencèfal i telencèfal i hiperplàsia i / o butllofes del procés mandibular.
Immunotoxicitat De la mateixa manera que es descriu per a altres micotoxines, la patulina pot alterar la resposta immunitària de l'hoste. Nombrosos estudis in vitro han demostrat que la patulina inhibeix diverses funcions dels macròfags. Es va demostrar en un experiment in vitro que l'exposició de macròfags de rata alveolada a la patulina inhibia la síntesi de proteïnes i alterava les funcions de la membrana plasmàtica. Al mateix temps, produïa una disminució significativa de la producció d'O₂-, de la capacitat de fusió del fagosoma amb el lisosoma (fagolisosoma), de la possibilitat de fagocitosi del macròfag, i de la disminució de la producció de l'enzim lisosòmic i la seva activitat microbiològica.
Recentment, també s'ha trobat que la patulina reduïa la secreció de citocines d'IFN-γ i IL-4 per part dels macròfags humans i d'IL-4, IL-13, IFN-γ i IL-10 per part de cèl·lules mononuclears de sang perifèrica (cèl·lula d'un sol nucli que combat infeccions) humana i cèl·lules T humanes. No obstant, en un estudi amb una línia cel·lular de timoma, es va observar una reducció de la producció d'interleucines 2 i 5, amb concentracions de 500 ng de patulina / ml.
En fer estudis amb models animals, en el cas d'un estudi amb ratolins (in vivo), es varen demostrar els efectes variables de la patulina sobre el sistema immunitari. Aquests efectes inclouen un augment del nombre de limfòcits T esplènics i concentracions sèriques d'immunoglobulina reduïdes, respostes de hipersensibilitat deprimides i un augment de la quantitat de neutròfils i resistència a la infecció per Candida albicans. En rates, com en altres espècies, la patulina redueix l'esclat oxidatiu dels macròfags peritoneals.
En el mateix estudi, es va examinar un conjunt de ratolins administrats diàriament amb patulina per sonda durant 28 dies amb dosis de 0,08 a 2,56 mg de patulina / kg de pes corporal. Es va calcular que aquestes dosis eren aproximadament equivalents als nivells estimats d'exposició humana.
Els canvis en el nombre de cèl·lules immunes van incloure el nombre de leucòcits i limfòcits de sang perifèrica deprimits (observats a 1,28 i 2,56 mg de toxina / kg de pes corporal / dia). Un augment del nombre de monòcits esplènics i cèl·lules Natural Killer (de 0,08 mg de toxina / kg de pes de greix / dia). Un augment del nombre de limfòcits T citotòxics (a 2,56 mg de patulina / kg de massa corporal / dia). Canvis en el percentatge d'immunoglobulina Ig+, CD3+, CD4+/CD8− i CD4−/CD8+ a la melsa.
Els autors van concloure que l'exposició a la patulina a nivells consistents amb l'exposició potencial humana als aliments, no seria probable que alterés les respostes immunitàries; però la exposició a aquesta redueix la producció d'espècies reactives d'oxigen en HL-60, cèl·lules de leucèmia promielocítica humana. A més, es va suggerir que l'augment dels neutròfils es devia a la inflamació gastrointestinal induïda per la toxina.
Toxicitat en plantes