In Kürze:
Mit Zearalenon verunreinigtes Futter kann das Immunsystem von Schweinen schädigen, Entzündungen verstärken und die Nährstoffaufnahme verringern. Daten über das ZEN-Kontaminationsniveaus in Futtermitteln und ein umfassendes Mykotoxin-Risiko-Management sind der Schlüssel für einen erfolgreichen Schweinebetrieb.
Zearalenon (ZEN) ist ein Mykotoxin, das von Fusarium graminearum, F. culmorum, F. crookwellense, F. equiseti und F. semitectum produziert wird. Dieses Mykotoxin tritt regelmäßig zusammen mit Desoxynivalenol (DON) auf, da die gleichen Pilze ( F. graminearum und F. culmorum) beide Verbindungen produzieren können. Die ZEN-Kontamination in Getreide kann von Jahr zu Jahr variieren. Laut dem dsm-firmmenich Mycotoxin Survey wurde in den letzten neun Jahren in 40-71 % der Schweinefutterproben ZEN nachgewiesen (Abbildung 1).
Sobald ZEN absorbiert ist, wird es in seine Hauptmetaboliten α-Zearalenol (α-ZEL) und β-Zearalenol (β-ZEL) umgewandelt. Bei Schweinen ist der Hauptmetabolit α-Zearalenol. Die Toxizität dieses Metaboliten ist viel höher, was die höhere Empfindlichkeit von Schweinen gegenüber ZEN erklärt. Die Wirkung von ZEN hängt von der aufgenommenen Menge, der Expositionsdauer, dem Alter und dem Gesundheitszustand des Tieres ab.
ZEN ist besonders für die Fortpflanzungsprobleme bekannt, die es verursachen kann. Aufgrund seiner Ähnlichkeit mit Östrogenen bindet ZEN an Östrogenrezeptoren (ERs) und stört den Hormonhaushalt. ZEN kann jedoch auch oxidativen Stress auslösen, wichtige Immunorgane beeinflussen und die Darmimmunität beeinträchtigen.
Abbildung 1. Prävalenz von ZEN in Fertigfutter für Schweine weltweit. Quelle dsm-firmenich Mykotoxinstudie
Die Wirkung von ZEN hängt von der aufgenommenen Menge, der Expositionsdauer, dem Alter und dem Gesundheitszustand des Tieres ab.
Neutrophile sind ein wichtiger Bestandteil der angeborenen Immunabwehr. Sobald eine Entzündung nach einer Infektion induziert wird, wandern sie zum Entzündungsherd und führen durch die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies zur Phagozytose. Eine In-vitro-Studie (Marin et al. 2010) zeigte, dass sich ZEN und seine Derivate negativ auf die Funktionalität von Neutrophilen auswirken, indem sie deren Proliferation und IL-8- und O2-Produktion vermindern. Darüber hinaus haben ZEN-Metaboliten im Vergleich zu ZEN eine stärkere Wirkung.
In einer späteren In-vivo-Studie, die von derselben Gruppe durchgeführt wurde (Marin et al., 2013), wurde die Wirkung von ZEN auf oxidativen Stress und Entzündungen untersucht. Absetzferkel wurden 18 Tage lang mit ZEN (316 ppb) belastet. Die Wirkung von ZEN war gewebeabhängig. In der Leber führte ZEN zu einer Unterdrückung von Entzündungen, was zu einer Funktionsstörung der Leber führte. Im Gegensatz dazu löste ZEN im Blut und in der Milz Entzündungen aus.
Die unterschiedlichen Auswirkungen von ZEN auf Milz und Leber wurden in zwei weiteren Studien nachgewiesen (Pistol et al., 2014; 2015). Ferkel, die 18 Tage lang mit ZEN (316ppb) belastet wurden, zeigten unterschiedliche Immunreaktionen. In der Milz löste ZEN eine Entzündungsreaktion aus, indem es die Synthese und Expression von proinflammatorischen Zytokinen erhöhte. Im Gegensatz dazu induzierte ZEN Hepatotoxizität durch Unterdrückung der Entzündungsreaktion in der Leber.
Skiepko et al. (2020) bewerteten die Wirkung von ZEN, DON und der Kombination von ZEN und DON auf die Leberhistologie und die morphologischen zellulären Merkmale. Während eines sechswöchigen Versuchszeitraums wurden Ferkel mit ΖΕΝ (40 μg/kg Körpergewicht (BW) pro Tag) belastet. Die Ultrastruktur der Hepatozyten war beeinträchtigt und die Eisenablagerungen waren erhöht. Beide Veränderungen deuten auf eine Intoxikation hin und wurden mit chronischen Lebererkrankungen in Verbindung gebracht.
Chen et al. (2017) untersuchten die Auswirkungen verschiedener ZEN-Konzentrationen (1,1 bis 3,2 ppm im Futter) auf immunologische Parameter in der Milz von jungen Jungsauen. Die Aufnahme von ZEN führte zu Gewebeschäden und einem Rückgang der Lymphozytenproliferationsrate. Die Aufnahme von ZEN führte auch zu Veränderungen bei der Produktion und Expression von Zytokinen.
Wu et al. (2020) untersuchten Ferkel, die 14 Tage lang mit steigenden ZEN-Konzentrationen (von 200 bis 1.600 ppb) gefüttert wurden. Wie erwartet induzierte ZEN Hyperöstrogenismus und Veränderungen im Genitalhormonspiegel. Darüber hinaus verringerte ZEN die antioxidative Kapazität, die ein Indikator für die antioxidative Reaktion auf im Körper gebildete freie Radikale ist. Außerdem stiegen die Leberenzymwerte (Aspartat-Aminotransferase) im Blut an, was auf eine Leberschädigung hinweist.
ZEN kann lokale Wirkungen hervorrufen, indem es sich im Darm anreichert. Diese Anreicherung ist das Ergebnis von Östradiolrezeptoren, die im gesamten Darmtrakt vorhanden sind (Zielonka et al., 2015).
In einer Studie (Piotrowska et al., 2014) wurde der Einfluss von ZEN auf die Vielfalt der Mikrobiota im Dickdarm untersucht. Junge Sauen wurden sechs Wochen lang mit ZEN allein und mit ZEN in Kombination mit DON (40 μg ZEN/kg KG/Tag und 12 μg DON/kg KG/Tag) gefüttert. ZEN wirkte sich zeitabhängig nachteilig auf mesophile aerobe Bakterien aus. Die Kombination der beiden Mykotoxine veränderte den Stoffwechsel der Mikrobiota, was zur Bildung von krebserregenden Substanzen führte.
In einer späteren Studie (Cieplinska et al., 2019) führte die ZEN-Exposition bei Jungsauen zu Unterschieden in der Mikrobiom-Diversität zwischen distalen und proximalen Darmabschnitten. Darüber hinaus erhöhte ZEN die Anzahl der Schimmel- und Hefepilze im gesamten Darm. In ähnlicher Weise wurden Veränderungen in der Zusammensetzung und den biologischen Funktionen bei Schweinen festgestellt, die mit einer Kombination aus ZEN und DON behandelt wurden (Le Sciellour et al., 2020).
Die Funktion des Immunsystems ist eng mit dem enterischen Nervenkomplex im Darm verbunden. Die neuronale Struktur des Darms interagiert mit den dort vorhandenen Östrogenrezeptoren. Die Verabreichung von ZEN (10 μg/kg KG; 6 Wochen) veränderte die Aktivität der intramuskulären Nervenfasern (Gonkowski et al., 2015).
ZEN kann auch zu lokalen Entzündungen im Darm führen. Die Exposition gegenüber ZEN (40 μg/kg KG), DON (12 μg/kg KG) und einer Kombination beider Toxine erhöhte das Vorhandensein von schwarz-braunen Körnchen in der Lamina propria, was auf oxidativen Stress hinweist (Lewczuk et al., 2015).
Die Induktion von oxidativem Stress im Darm durch ZEN wurde in einer aktuellen Studie nachgewiesen (Cheng et al., 2019). Ferkel wurden 35 Tage lang mit unterschiedlichen Mengen an ZEN (0 bis 1,5 ppm) gefüttert. ZEN induzierte oxidativen Stress im Jejunumsegment über einen spezifischen Signalweg (Keap1-Nrf2). Hohe ZEN-Dosen (1 ppm) induzierten oxidativen Stress im Dünndarm. Darüber hinaus verringerten diese Mengen die Disaccharidase-Aktivitäten (Enzyme wie Laktase, Sucrase und Maltase), was die Nährstoffaufnahme beeinträchtigen kann (Liu et al., 2020).
ZEN und seine Metaboliten (α-ZEL, β-ZEL) können die Integrität und Funktionalität von Darmepithelien beeinträchtigen. In einer In-vitro-Studie zeigten alle getesteten Verbindungen Zytotoxizität. Darüber hinaus zeigen die ZEN-Metaboliten am Ende des Versuchszeitraums einen Rückgang des transepithelialen elektrischen Widerstands (Marin et al., 2015).
Jia et al. (2020) zeigten die negativen Auswirkungen von ZEN auf die Darmintegrität in vivo. Bei Ferkeln, die drei Wochen lang mit ZEN (265 ppb) gefüttert wurden, war die Expression von Claudin-4 (Tight Junction Protein) verringert. Darüber hinaus trug das ZEN zur Entzündung des Darms bei. Darüber hinaus erhöhte ZEN in Kombination mit DON (1 ppm) den Gehalt an proinflammatorischen Zytokinen und veränderte das Profil der Mikrobiota des Blinddarms.
ZEN kommt häufig in Futtermitteln vor und ist ein großes Problem in der Tierproduktion. Seine negativen Auswirkungen auf die Fortpflanzung sind gut dokumentiert. Tierproduzenten auf der ganzen Welt erleiden wirtschaftliche Verluste aufgrund von Reproduktionsversagen. Frühere und neuere Literatur zeigt die negativen Auswirkungen von ZEN auf die Immunität und die Darmgesundheit auf. Eine Störung der Immunkompetenz und der Darmgesundheit kann einen zusätzlichen Tribut für den Tierschutz und die Rentabilität der landwirtschaftlichen Betriebe darstellen.
26 February 2021
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