AFLATOXINES : Occurrence et risques pour la santé

Les aflatoxines sont des métabolites toxiques produits par certains champignons dans/sur les aliments et les aliments pour animaux. Elles sont probablement les mycotoxines les plus connues et les plus étudiées au monde. Les aflatoxines ont été associées à diverses maladies, telles que l’aflatoxicose, chez le bétail, les animaux domestiques et les humains dans le monde entier. La présence d’aflatoxines est influencée par certains facteurs environnementaux ; par conséquent, l’étendue de la contamination varie en fonction de la situation géographique, des pratiques agricoles et agronomiques et de la sensibilité des produits à l’invasion fongique pendant les périodes de pré-récolte, de stockage et/ou de transformation. Les aflatoxines ont reçu plus d’attention que toutes les autres mycotoxines en raison de leur effet cancérigène potentiel démontré chez les animaux de laboratoire sensibles et de leurs effets toxicologiques aigus chez l’homme. Comme on se rend compte qu’une sécurité absolue n’est jamais atteinte, de nombreux pays ont tenté de limiter l’exposition aux aflatoxines en imposant des limites réglementaires aux produits destinés à être utilisés comme denrées alimentaires et aliments pour animaux.

Introduction

Dans les années 1960, plus de 100 000 jeunes dindes dans des élevages de volailles en Angleterre sont mortes en quelques mois d’une maladie apparemment nouvelle qui a été appelée “maladie X de la dinde” . On s’est vite aperçu que le problème ne se limitait pas aux dindes. Les canetons et les jeunes faisans ont également été touchés et une forte mortalité a été enregistrée.

Une étude minutieuse des premiers foyers a montré qu’ils étaient tous associés aux aliments pour animaux, à savoir la farine d’arachide brésilienne . Une enquête intensive sur la farine d’arachide suspecte a été entreprise et il a été rapidement constaté que cette farine d’arachide était hautement toxique pour les volailles et les canetons, avec des symptômes typiques de la maladie de Turkey X.

Les spéculations faites au cours de 1960 concernant la nature de la toxine ont suggéré qu’elle pourrait être d’origine fongique. En fait, le champignon producteur de toxine a été identifié comme Aspergillus flavus (1961) et la toxine a reçu le nom d’aflatoxine en vertu de son origine (A.flavis–>Afla).

Cette découverte a conduit à une prise de conscience croissante des dangers potentiels de ces substances en tant que contaminants de l’alimentation humaine et animale causant des maladies et même la mort chez les humains et les autres mammifères. Les études résumées dans les sections suivantes ont révélé que les aflatoxines sont produites principalement par certaines souches de A. Flavus et par la plupart, sinon la totalité, des souches de A. parasiticus, ainsi que par des espèces apparentées, A. nomius et A. niger. En outre, ces études ont également révélé qu’il existe quatre aflatoxines principales : B1, B2, G1, G2 et deux produits métaboliques supplémentaires, M1 et M2, qui sont importants en tant que contaminants directs des denrées alimentaires et des aliments pour animaux. Les aflatoxines M1 et M2 ont été isolées pour la première fois dans le lait d’animaux en lactation nourris avec des préparations à base d’aflatoxines ; d’où la désignation M. La désignation B des aflatoxines B1 et B2 résulte de l’apparition d’une fluorescence bleue sous la lumière UV, tandis que la désignation G fait référence à la fluorescence jaune-vert des structures concernées sous la lumière UV. Ces toxines ont des structures très similaires et forment un groupe unique de composés hétérocycliques naturels fortement oxygénés. Leurs formules moléculaires établies à partir d’analyses élémentaires et de déterminations par spectrométrie de masse sont :

• B1 : C17 H12 O6
• B2 : C17 H14 O6
• G1 : C17 H12 O7
• G2 : C17 H14 O7

Les aflatoxines B2 et G2 ont été établies comme les dérivés dihydroxy de B1et G1, respectivement. Alors que l’aflatoxine M1 est la 4-hydroxy aflatoxine B1et l’aflatoxine M2 est la 4-dihydroxy aflatoxine B2.

Occurrence

Dans les produits agricoles bruts :

Les aflatoxines sont souvent présentes dans les cultures au champ avant la récolte. La contamination post-récolte peut se produire si le séchage de la culture est retardé et pendant le stockage de la culture si l’eau peut dépasser les valeurs critiques pour la croissance de la moisissure. Les infestations d’insectes ou de rongeurs facilitent l’invasion par les moisissures de certaines denrées stockées.

Les aflatoxines sont détectées occasionnellement dans le lait, le fromage, le maïs, les arachides, les graines de coton,les noix, les amandes, les figues, les épices et une variété d’autres denrées alimentaires et aliments pour animaux . Le lait, les œufs et les produits carnés sont parfois contaminés en raison de la consommation par les animaux d’aliments contaminés par des aflatoxines. Cependant, les produits de base présentant le plus grand risque de contamination par les aflatoxines sont le maïs, les arachides et les graines de coton.

Dans les aliments transformés :

Le maïs est probablement la denrée la plus préoccupante au niveau mondial, car il est cultivé dans des climats susceptibles d’avoir une contamination pérenne par les aflatoxines et le maïs est l’aliment de base de nombreux pays. Cependant, les procédures utilisées dans la transformation du maïs permettent de réduire la contamination du produit alimentaire obtenu. En effet, bien que les aflatoxines soient stables ou modérément stables dans la plupart des processus alimentaires, elles sont instables dans des processus tels que ceux utilisés pour la fabrication des tortillas, qui utilisent des conditions alcalines ou des étapes d’oxydation. Le maïs et la farine de graines de coton contaminés par l’aflatoxine dans les rations laitières ont entraîné une contamination du lait et des produits laitiers par l’aflatoxine M1, notamment le lait sec non gras, le fromage et le yaourt.

Facteurs favorisant la production d’aflatoxines

La croissance fongique et la contamination par les aflatoxines sont la conséquence des interactionsentre le champignon, l’hôte et l’environnement. La combinaison appropriée de ces facteurs détermine l’infestation et la colonisation du substrat, ainsi que le type et la quantité d’aflatoxine produite. Cependant, un substrat approprié est nécessaire pour la croissance du champignon et la production ultérieure de toxines, bien que le ou les facteurs précis qui initient la formation de toxines ne soient pas bien compris. Le stress hydrique, le stress dû aux températures élevées et les dommages causés par les insectes à la plante hôte sont des facteurs déterminants dans l’infestation par les moisissures et la production de toxines. De même, des stades de croissance spécifiques des cultures, une faible fertilité, des densités de culture élevées et la concurrence des mauvaises herbes ont été associés à une croissance accrue des moisissures et à la production de toxines. La formation d’aflatoxines est également affectée par la croissance associée d’autres moisissures ou microbes. Par exemple, la contamination des arachides et du maïs par les aflatoxines avant la récolte est favorisée par des températures élevées, des conditions de sécheresse prolongées et une forte activité des insectes ; tandis que la production d’aflatoxines sur le maïs et les arachides après la récolte est favorisée par des températures chaudes et une forte humidité.

Aflatoxicose et santé animale

L’aflatoxicose est principalement une maladie hépatique. La sensibilité de chaque animal aux aflatoxines varie considérablement en fonction de l’espèce, de l’âge, du sexe et de l’alimentation. En fait, les aflatoxines causent des dommages au foie, une diminution de la production de lait et d’œufs, des infections récurrentes en raison de la suppression de l’immunité (par exemple, la salmonellose), en plus de l’embryotoxicité chez les animaux consommant de faibles concentrations alimentaires. Si les jeunes d’une espèce sont les plus sensibles, tous les âges sont affectés, mais à des degrés différents selon les espèces. Les signes cliniques de l’aflatoxicose chez les animaux comprennent un dysfonctionnement gastro-intestinal, une réduction de la reproductivité, une réduction de l’utilisation et de l’efficacité des aliments, une anémie et une jaunisse. Les animaux allaitants peuvent être affectés en raison de la conversion de l’aflatoxine B1 en métaboliteaflatoxine M1 excrété dans le lait des bovins laitiers.

L’induction du cancer par les aflatoxines a été largement étudiée. Il a été démontré que l’aflatoxineB1, l’aflatoxine M1 et l’aflatoxine G1 provoquent divers types de cancer chez différentes espèces animales. Cependant, seule l’aflatoxine B1 est considérée par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) comme ayant produit des preuves suffisantes de cancérogénicité chez les animaux de laboratoire pour être identifiée comme cancérogène.

Aflatoxines et santé humaine

Les humains sont exposés aux aflatoxines en consommant des aliments contaminés par des produits de croissance fongique. Une telle exposition est difficile à éviter car la croissance fongique dans les aliments n’est pas facile à prévenir. Même si les aliments fortement contaminés ne sont pas autorisés sur le marché dans les pays développés, l’inquiétude demeure quant aux effets néfastes possibles résultant d’une exposition à long terme à de faibles niveaux d’aflatoxines dans l’approvisionnement alimentaire.
Des preuves d’aflatoxicose aiguë chez l’homme ont été rapportées dans de nombreuses parties du monde, à savoir les pays du tiers monde, comme Taïwan, l’Ouganda, l’Inde, et bien d’autres. Le syndrome est caractérisé par des vomissements, des douleurs abdominales, un œdème pulmonaire, des convulsions, un coma et la mort avec un œdème cérébral et une atteinte graisseuse du foie, des reins et du cœur.

Les conditions augmentant la probabilité d’une aflatoxicose aiguë chez l’homme comprennent une disponibilité limitée des aliments, des conditions environnementales qui favorisent le développement fongique dans les cultures et les produits de base, et l’absence de systèmes réglementaires pour la surveillance et le contrôle des aflatoxines.

Parce que les aflatoxines, en particulier l’aflatoxine B1, sont de puissants cancérigènes chez certains animaux, on s’intéresse aux effets d’une exposition à long terme à de faibles niveaux de ces importantes mycotoxines chez l’homme . En 1988, le CIRC a placé l’aflatoxine B1 sur la liste des substances cancérigènes pour l’homme. Ceci est soutenu par un certain nombre d’études épidémiologiques réalisées en Asie et en Afrique qui ont démontré une association positive entre les aflatoxines alimentaires et le cancer des cellules du foie (LCC). En outre, l’expression des maladies liées aux aflatoxines chez l’homme peut être influencée par des facteurs tels que l’âge, le sexe, l’état nutritionnel et/ou l’exposition simultanée à d’autres agents causaux tels que l’hépatite virale (VHB) ou l’infestation parasitaire.

Méthodes récentes d’analyse des aflatoxines dans les denrées alimentaires et les aliments pour animaux

Échantillonnage et préparation des échantillons :

L’échantillonnage et la préparation des échantillons restent une source considérable d’erreur dans l’identification analytique des aflatoxines. Ainsi, une approche systématique de l’échantillonnage, de la préparation des échantillons et de l’analyse est absolument nécessaire pour déterminer les aflatoxines au niveau des parties par milliard. À cet égard, des plans spécifiques ont été élaborés et testés rigoureusement pour certains produits, comme le maïs, les arachides et les fruits à coque ; les plans d’échantillonnage pour d’autres produits ont été modelés sur ces plans. Une caractéristique commune à tous les plans d’échantillonnage est que l’ensemble de l’échantillon primaire doit être broyé et mélangé de manière à ce que la partie analytique ait la même concentration de toxine que l’échantillon d’origine.

Extraction en phase solide :

Toutes les procédures analytiques comprennent trois étapes : l’extraction, la purification et la détermination. L’amélioration récente la plus significative de l’étape de purification est l’utilisation de l’extraction en phase solide.
Les extraits d’essai sont nettoyés avant l’analyse instrumentale(chromatographie sur couche mince ou liquide) pour éliminer les matières coextraites qui interfèrent souvent avec la détermination des analytes cibles.

Chromatographie sur couche mince :

La chromatographie sur couche mince (CCM), également connue sous le nom de chromatographie sur lit plat ou chromatographie planaire, est l’une des techniques de séparation les plus utilisées dans l’analyse des aflatoxines. Depuis 1990, elle est considérée comme la méthode officielle de l’AOAC et la méthode de choix pour identifier et quantifier les aflatoxines à des niveaux aussi bas que 1 ng/g. La méthode TLC est également utilisée pour vérifier les résultats par des techniques plus récentes et plus rapides.

Chromatographie en phase liquide :

La chromatographie en phase liquide (CL) est similaire à la CCM à bien des égards, notamment l’application de l’analyte, la phase stationnaire et la phase mobile. La chromatographie en phase liquide et la CCM se complètent. Il n’est pas inhabituel pour un analyste d’utiliser la CCM pour des travaux préliminaires visant à optimiser les conditions de séparation de la LC.
Les méthodes de chromatographie liquide pour la détermination des aflatoxines dans les aliments comprennent la LC en phase normale (NPLC), la LC en phase inverse (RPLC) avec une dérivation avant ou sur la colonne (BCD), la RPLC suivie d’une dérivation postcolonne (PCD), et la RPLC avec détection électrochimique.

Méthodes immunochimiques :

La chromatographie sur couche mince et les méthodes LC pour déterminer les aflatoxines dans les aliments sont laborieuses et prennent du temps. Souvent, ces techniques nécessitent une connaissance et une expérience des techniques chromatographiques pour résoudre les problèmes de séparation et d’interférence. Grâce aux progrès de la biotechnologie, des tests à base d’anticorps hautement spécifiques sont désormais disponibles dans le commerce et peuvent identifier et mesurer les aflatoxines dans les aliments en moins de 10 minutes. Ces tests sont basés sur les affinités des anticorps monoclonaux ou polyclonaux pour les aflatoxines. Les trois types de méthodes immunochimiques sont le dosage radio-immunologique (RIA), le dosage immuno-enzymatique (ELISA) et le dosage sur colonne d’immunoaffinité (ICA).

Confirmation des identités des aflatoxines :

Bien que les méthodes analytiques puissent consister en différentes étapes d’extraction, de nettoyage, et de quantification, les résultats des analyses par ces méthodes devraient être similaires lorsque les méthodes sont appliquées correctement. La fiabilité des données quantitatives n’étant pas en cause, le problème qui reste à résoudre est la confirmation de l’identité des aflatoxines. Les techniques de confirmation utilisées impliquent soit la dérivatisation chimique, soit la spectrométrie de masse (MS).

Questions de sécurité dans la manipulation des grains moisis et des aflatoxines :

La sécurité est une question clé pour les scientifiques travaillant dans le domaine des aflatoxines.Des mesures doivent être prises pour minimiser l’exposition aux toxines ainsi qu’aux microorganismes producteurs, Aspergillus flavus et Aspergillusparasiticus. Un programme de sécurité doit être établi qui répond aux exigences de la norme de laboratoire de l’Administration de la sécurité et de la santé au travail (1990) et aux directives des Instituts nationaux de la santé (1981) couvrant l’utilisation des cancérigènes chimiques.

Techniques de surveillance pour l’évaluation de l’exposition humaine auxAflatoxines

Au cours des dernières années, de nouvelles technologies ont été développées pour surveiller de manière plus précise les expositions individuelles aux aflatoxines. Une attention particulière a été accordée à l’analyse des adduits de l’ADN de l’aflatoxine et des adduits de l’albumine comme substituts de la génotoxicité chez les personnes. Autrup et al. (1983) ont été les premiers à utiliser la spectroscopie de fluorescence synchrone pour mesurer les adduits d’ADN d’aflatoxine dans l’urine. On a constaté que des échantillons d’urine prélevés après une exposition aux alfatoxines contenaient de la 2,3-dihydroxy-2-(N7-guanyl)-3-hydroxyaflatoxineB1, trivialement connue sous le nom de AFB-Gual . Wild et al. (1986) ont utilisé des immuno-essais très sensibles pour quantifier les aflatoxines dans les fluides corporels humains. Un dosage immunologique lié à l’enzyme (ELISA) a été utilisé pour quantifier l’aflatoxine B1 dans une gamme de 0,01 ng/ml à 10 ng/ml, et a été validé dans des échantillons d’urine humaine. En utilisant cette méthode, l’excrétion du produit d’addition aflatoxine-ADN dans l’urine s’est avérée être positivement corrélée avec l’apport alimentaire, et le produit d’addition majeuraflatoxine B1-ADN excrété dans l’urine s’est avéré être unosimètre approprié pour surveiller l’exposition alimentaire aux aflatoxines.

Contrôle et gestion des aflatoxines

A- Contrôle réglementaire :

Les aflatoxines sont considérées comme des contaminants inévitables des denrées alimentaires et des aliments pour animaux,même lorsque de bonnes pratiques de fabrication ont été suivies. La FDA a établi des directives spécifiques sur les niveaux acceptables d’aflatoxines dans l’alimentation humaine et animale en établissant des niveaux d’action qui permettent de retirer du commerce les lots en infraction. Le seuil d’intervention pour l’alimentation humaine est de 20 ppb d’aflatoxines totales, à l’exception du lait dont le seuil d’intervention est de 0,5 ppb pour l’aflatoxine M1. Le seuil d’intervention pour la plupart des aliments pour animaux est également de 20 ppb. Cependant, il est très difficile d’estimer avec précision la concentration d’aflatoxines dans une grande quantité de matériel en raison de la variabilité associée aux procédures de test ; par conséquent, la véritable aflatoxinconcentration dans un lot ne peut être déterminée avec une certitude de 100%.

B- Stratégies de détoxification :

Parce que la contamination par les aflatoxines est inévitable, de nombreuses stratégies pour leur détoxification ont été proposées. Celles-ci comprennent des méthodes physiques de séparation, d’inactivation thermique, d’irradiation, d’extraction par solvant, d’adsorption à partir d’une solution, d’inactivation microbienne et de fermentation. Les méthodes chimiques de détoxification sont également pratiquées comme une stratégie majeure pour une détoxification efficace :

Dégradation structurelle après traitement chimique :
Un groupe diversifié de produits chimiques a été testé pour sa capacité à dégraderet à inactiver les aflatoxines. Un certain nombre de ces produits chimiques peuvent réagir pour détruire (ou dégrader) efficacement les aflatoxines, mais la plupart sont peu pratiques ou potentiellement dangereux en raison de la formation de résidus toxiques ou de la perturbation de la teneur en éléments nutritifs et des propriétés organoleptiques du produit. Deux approches chimiques de la détoxification des aflatoxines qui ont fait l’objet d’une attention considérable sont l’ammoniation et la réaction avec le bisulfite de sodium.
De nombreuses études fournissent des preuves que le traitement chimique par ammoniation peut constituer une méthode efficace pour détoxifier le maïs et les autres produits contaminés par les aflatoxines. Le mécanisme de cette action semble impliquer l’hydrolyse du cycle lactone et la conversion chimique du composé parent aflatoxineB1 en de nombreux produits qui présentent une toxicité fortement diminuée.
D’autre part, il a été démontré que le bisulfite de sodium réagit avec les aflatoxines(B1, G1, et M1) dans diverses conditions de température, de concentration,et de temps pour former des produits hydrosolubles.

Modification de la toxicité par les produits chimiques alimentaires :
La toxicité des mycotoxines peut être fortement influencée par les produits chimiques alimentaires qui modifient les réponses normales des systèmes mammifères à ces substances.Un éventail variable de facteurs chimiques, y compris les composants nutritionnels(par exemple, les protéines et les graisses alimentaires, les vitamines et les oligo-éléments), les additifs alimentaires et les additifs pour l’alimentation animale (par exemple, les antibiotiques et les conservateurs), ainsi que d’autres facteurs chimiques peuvent interagir avec les effets des aflatoxines chez les animaux.

Alternation de la biodisponibilité par les chimisorbants des aflatoxines :
Une nouvelle approche de la détoxification des aflatoxines est l’ajout de matériaux sorbants inorganiques, appelés chimisorbants, tels que l’aluminosilicate de calcium sodique hydraté (HSCAS) à l’alimentation des animaux. L’HSCAS possède la capacité de lier étroitement et d’immobiliser les aflatoxines dans le tractus gastro-intestinal des animaux, ce qui entraîne une réduction majeure de la biodisponibilité des aflatoxines.

Impact économique des aflatoxines

L’impact économique des aflatoxines dérivaitdirectement des pertes de récoltes et de bétail ainsi qu’indirectement du coût des programmes de réglementation conçus pour réduire les risques pour la santé animale et humaine. L’Organisation des Nations unies pour l’alimentation et l’agriculture (FAO) estime que 25 % des cultures vivrières mondiales sont touchées par les mycotoxines, dont les plus connues sont les aflatoxines. Les pertes subies par les producteurs de bétail et de volaille du fait de la contamination des aliments par les aflatoxines comprennent la mort et les effets plus subtils de la suppression du système immunitaire, de la réduction des taux de croissance et des pertes d’efficacité des aliments. D’autres effets économiques négatifs des aflatoxines comprennent la baisse des rendements des cultures alimentaires et des cultures de fibres.

En outre, la capacité des aflatoxines à provoquer le cancer et des maladies connexes chez l’homme étant donné leur présence apparemment inévitable dans les aliments et les aliments pour animaux font de la prévention et de la détoxification de ces mycotoxines l’une des questions toxicologiques les plus difficiles de l’heure actuelle.

Anon. 1989. Mycotoxines, risques économiques et sanitaires. Conseil pour la science et la technologie agricoles, rapport n° 116 pp91.

Eaton, D.L. et Groopman, J.D. 1994. La toxicologie des aflatoxines. AcademicPress, New York. pp383-426.

Finley, J.W.,Robinson, S.F. et Armstrong, D.J. 1992. Évaluation de la sécurité alimentaire.American Chemical Society, Washington, D.C. pp261-275.

Goldbatt, L.A. 1969. Aflatoxin. Academic Press,New York. pp1-40.

Heathcote, J.G. et Hibbert, J.R. 1978. Aflatoxines : aspect chimique etbiologique. Elsevier, New York. pp.173-186.

Liener, I.E. 1969. Les constituants toxiniques des denrées alimentaires végétales. AcademicPress , New york. pp392-394.

Wyllie, T.D. et Morchause,L.G. 1978. Mycotoxin Fungi, Mycotoxins,Mycotoxicoses-An Encyclopedic Handbook.Vols.1,2, and 3.Marcel Dekker, Inc. Newyork.