Введение. Микроскопические грибы широко распространены в окружающей среде и играют важную роль в круговороте веществ в природе, способствуя разложению растительных и животных остатков. Микромицеты представляют интерес для прикладных и фундаментальных исследований, в частности их используют для производства ферментов, органических кислот и других биологически активных веществ. При определенных условиях микроскопические грибы могут вызывать заболевания у растений, животных и человека [1].
Вторичные метаболиты плесневых грибов – микотоксины – обладают сильными токсическими свойствами. Микотоксины вызывают снижение общего иммунитета организма, повреждают почки, печень, нервную систему, кровеносную и желудочно-кишечную системы [2, 3]. В случае накопления одного или нескольких микотоксинов (или сочетания микотоксина с загрязнителем другой природы) их токсическое воздействие на организм еще больше усиливается [4].
Наиболее опасными микроскопическими грибами являются представители родов Fusarium, Aspergillus, Penicillium, Alternaria.
Грибы рода Alternaria являются патогенами растений и сапрофитами, которые могут загрязнять широкий спектр сельскохозяйственных культур и сырья. Они продуцируют множество разнообразных по структуре вторичных токсичных метаболитов, включая не только несколько дибензо-α-пиронов и периленхинонов, но и целый спектр токсичных метаболитов с различной структурой [5].
Цель исследования – обзор современных публикаций отечественных и зарубежных ученых, посвященных микроскопическим грибам рода Alternaria.
Задачи: отбор и анализ литературных данных с использованием баз данных Google Академия, Elibrary, Sciencedirect, PubMed, посвященных микроскопическим грибам Alternaria sp.
Объекты и методы. Обзор литературы выполнен с использованием опубликованных материалов отечественных и зарубежных ученых по рассматриваемой тематике в базах данных Google Академия, Elibrary, Sciencedirect, PubMed и др. Всего проанализировано более 30 работ отечественных и зарубежных ученых.
Результаты и их обсуждение. Alternaria – это повсеместно распространенный гриб, включающий эндофитные, фитопатогенные и сапрофитные роды. Грибы рода Alternaria (класс Дотидеомицеты, семейство Pleosporaceae) содержат более 360 видов, в т. ч. Alternaria alternata, A. tenuissima, A. arborescense, A. brassicicola, A. infectoria и A. solani, разделенных на 29 секций. Они вызывают различные заболевания растений (более 4000 растений-хозяев), приводящие к серьезным экономическим потерям, а также к послеуборочной гнили и порче сельскохозяйственной продукции [6].
Грибы данного рода преимущественно поражают листья, способны также инфицировать семена и плоды. Некоторые виды Alternaria spp., паразитирующие на сорных растениях, рассматриваются в качестве биогербицидов [7–9].
Грибы рода Alternaria образуют быстрорастущие колонии, окраска которых изменяется от серовато-оливковой до черной; поверхность имеет замшевую текстуру (рис.). Гифы с перегородками, от светлого до темно-коричневого цвета. Конидии обратнобулавидные, с вытянутым носиком, бледно-коричневого цвета, состоят из множества клеток и снабжены многочисленными продольными и поперечными перегородками. Конидии располагаются одиночно или цепочками, по 3–8 и более штук. Конидиеносцы коричневого цвета, длиной 50 мкм. Оптимальные среды для культивирования: картофельно-декстрозный и картофельно-морковный агары.
Колония Alternaria alternata на агаре Чапека (из коллекции лаборатории микотоксинов)
Alternaria alternata colony on wort agar (from the collection of the mycotoxin laboratory)
A. alternata, вездесущий сапрофитный гриб, широко распространен в окружающей среде. Этот вид вызывает черную пятнистую гниль на различных фруктах и овощах, что приводит к значительным экономическим потерям. На процесс заражения растений A. alternata влияет множество факторов, таких как патогенность, условия окружающей среды и защитные механизмы плодов. A. alternata выделяет гидролитический фермент, генерируя активные формы кислорода, вырабатывает токсины для подавления защитной реакции плодов.
Исторически таксономия Alternaria прошла несколько этапов с момента ее первого описания Nees в 1816 г. Вначале Alternaria и родственные ей виды путали. Несмотря на попытки исследователей определить их таксономический статус, проблемы с номенклатурой и границами родов сохранялись долгое время. Впоследствии таксономия Alternaria была пересмотрена на основе новых сведений о споруляции и морфологии конидий.
С появлением методов полногеномного секвенирования и транскриптомного секвенирования, а также метода многолокусной филогении, был проведен полный анализ таксономии Alternaria.
На основе комплексного анализа морфологических характеристик и многолокусного филогенетического исследования J. Li, et al. описали три новых вида Alternaria (A. oryzicola sp. nov., A. poae sp. nov. и A. zeae sp. nov.) с двух разных зерновых культур (O. sativa и Z. mays) [10].
Проведенный многолокусный филогенетический анализ позволил выявить шесть новых видов, принадлежащих к секции рода Alternaria, как: A. muriformispora sp. nov., A. obpyriconidia sp. nov., A. ovoidea sp. nov., A. pseuDOInfectoria sp. nov., A. rostroconidia sp. nov. и A. torilis sp. nov. Исследователи неоднократно указывали на сложности точной видовой идентификации возбудителя вследствие огромного числа видов патогена, отсутствия подробных определителей и фенотипической изменчивости гриба в зависимости от условий культивирования [11].
Для рода Alternaria оптимальны температура 25−28 °C (максимум – 32 °C) и высокая влажность; при этом виды устойчивы к низким температурам. Рост частоты тяжелых форм альтернариозов на разнообразных культурах в России, вероятно, коррелирует с повышением среднегодовых температур вследствие глобального потепления.
Грибы рода Alternaria распространены на цветочных, плодовых, ягодных и злаковых культурах [12–15].
Серьезное заболевание пшеницы – черная пятнистость вызывается различными видами Alternaria (A. alternata, A. infectoria и A. tenuissima), при этом A. alternata встречается чаще [16].
На фруктах и овощах, пораженных альтернарией, обычно видны гнилые участки, например черная плесень на томатах. На злаковых культурах альтернария вызывает заболевание, известное как черная головня, которое характеризуется обесцвечиванием зародыша и семени. Однако при некоторых альтернариозных заболеваниях, таких как сердцевинная гниль яблок и черная гниль цитрусовых, видимые симптомы проявляются только внутри растения, но микотоксины распространяются по всем частям растения, вызывая неблагоприятные последствия для здоровья животных и людей при употреблении в пищу [17].
A. tricitina считается еще одним важным патогеном, вызывающим пятнистость листьев пшеницы [18]. Фитопатоген Alternaria alternate вызывает бурую пятнистость цитрусовых, приводящую к значительным экономическим потерям. Грибы рода Alternaria spp. вызывают тяжелые заболевания у экономически важных пасленовых культур.
A. alternata, A. tenuissima, A. burnsii и неклассифицированный вид Alternaria sp. были идентифицированы как возбудители пятнистости листьев кукурузы в Китае [19].
На рисе A. padwickii (син. Trichoconis padwickii) часто обнаруживается в качестве возбудителя болезни зерна риса. Альтернариозная гниль голубики сопровождается появлением на поверхности ягод мягких тканей с беловатым воздушным мицелием, через 2–3 сут гифы набухают и становятся оливково-зелеными, коричневыми или черными [20].
Подсолнечник подвержен заболеваниям листьев, вызываемым видами Alternaria. Все грибы были идентифицированы на основе морфологической характеристики и многолокусной филогенетической оценки семи генов, включая внутренний транскрибируемый спейсер участка рДНК, глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназу, вторую по величине субъединицу РНК-полимеразы, фактор элонгации трансляции 1-α, ген основного аллергена Alternaria, ген эндополигалактуроназы и анонимный участок гена. В результате были обнаружены два новых вида Alternaria – A.myanmarensis sp. nov. и A. yamethinensis sp. nov., а также известный вид A.burnsii, впервые обнаруженный на подсолнечнике [21].
Грибы рода Alternaria выделяют широкий спектр метаболитов, примерно 70 из которых относятся к категории микотоксинов. Они поражают растения на всех стадиях развития – от семян до зрелых растений и плодов. В нашей стране альтернариатоксины не подлежат нормативному регулированию, несмотря на их широкую распространенность и высокий потенциал угрозы для здоровья человека и животных. Отсутствие документов, устанавливающих допустимые уровни микотоксинов Alternaria spp. в пищевой продукции и кормах, во многом обусловлено дефицитом данных об их токсичности в условиях in vivo.
У большинства соединений грибов рода Alternaria обнаружены токсические свойства не только по отношению к растениям, но и к млекопитающим. Неочищенный экстракт из мицелия Alternaria tenuis в дозе 300 мг/кг живой массы вызывает гибель мышей и крыс.
Конидии мелкоспоровых видов Alternaria – одни из наиболее обильных аллергенов в воздухе на открытых пространствах и в помещениях. Описаны нейрофизиологические заболевания, связанные с проживанием в условиях с высокой концентрацией A. alternata в окружающей среде. Наличие альтернариатоксинов в пыли, образующейся при профессиональной обработке пищевых продуктов и кормовых ингредиентов, а также в загрязненных остатках сырья и отходов, представляет профессиональную опасность для работников сельского хозяйства из-за возможного накожного попадания токсинов [22–24].
К альтернариатоксинам относятся: альтернариол – метаболит дибензопиронового ряда, монометиловый эфир альтернариола, альтенуен, альтертоксины I, II и III, тенуазоновая кислота, изотенуазоновая кислота и тентоксин.
Альтернариатоксины могут содержаться как в свежих, так и в обработанных продуктах, в т. ч. в зерне и продуктах на его основе (наиболее часто), семенах и масле подсолнечника, томатах, фруктах и продуктах из них, а также в ферментированных напитках, таких как пиво и вино [25–27].
На людей и животных влияют тенуазоновая кислота, альтернариол и монометиловый эфир альтернариола, в то время как на растения – тентоксин, который ингибирует фотосинтетическое фосфорилирование, снижая активность фермента АТФазы в растительных клетках и приводя к хлорозу [28].
Наиболее мощными микотоксинами Alternaria с точки зрения токсичности являются альтернариол, монометиловый эфир альтернариола, альтенуен, тентоксин и тенуазоновая кислота. Эти токсины воздействуют в основном на различные части клеток, такие как митохондрии, хлоропласты, плазматическая мембрана, комплекс Гольджи. Токсины альтернарии представляют опасность генетической и клеточной токсичности для людей и животных, обладают тератогенным, мутагенным и канцерогенным действием.
Тенуазоновая кислота наиболее распространена и проявила в опытах in vitro низкую токсичность и мутагенность. В исследованиях in vivo выявлена его острая токсичность и синергический эффект с другими токсинами.
Для идентификации альтернариотоксинов в различных злаках (пшеница, кукуруза, рис, ячмень и др.) используются метод полимеразной цепной реакции, иммуноферментный анализ, метод электрохимического сенсорирования, тонкослойная и высокоэффективная жидкостная хроматография [29–31]. Жидкостная хроматография-тандемная масс-спектрометрия (LC-MS/МС) обеспечивала превосходную селективность и чувствительность для анализа токсинов.
L. Fang, et al. (2025) успешно внедрили метод LC-MS/МС в сочетании с онлайн-очисткой MAX SPE для одновременного количественного анализа альтернариотоксинов в различных злаках и продуктах на их основе. Из-за высокой чувствительности этого метода альтернариотоксины чаще всего обнаруживались в продуктах на основе злаков, а продукты на основе пшеницы были наиболее загрязнены. Тенуазоновая кислота была обнаружена в 87,5 % образцов на основе злаков в количестве до 201,51 мкг/кг. Пределы обнаружения тенуазоновой кислоты, альтернариола, тентоксина и монометилового эфира альтернариола для этого метода были определены как равные 0,3, 0,15, 0,06 и 0,02 мкг/кг соответственно [32].
Разработан мультимикотоксиновый метод QuEChERS (быстрый, простой, дешевый, эффективный, надежный и безопасный), позволяющий анализировать 24 (17 свободных и 7 модифицированных) токсина Alternaria и Fusarium в зерновых культурах с помощью сверхвысокопроизводительной жидкостной хроматографии и тандемной масс-спектрометрии (ВЭЖХ-МС/МС) [33].
A. tenuissima, A. alternata и A. arborescens способны к активному продуцированию альтернариола у популяций мелкоспоровых видов Alternaria, ассоциированных с зерновыми кормами [34].
По данным Г.П. Кононенко c соавт. (2023), в контаминации зерна овса может участвовать вид Alternaria tenuissima, известный как активный продуцент, и в меньшей степени – A. arborescens и комплекса ‘A. infectoria’. В зерне овса посевного (Avena sativa L.) сорта Яков, полученного от агропредприятия Московской области, степень зараженности Alternaria составила 36,0 %, содержание альтернариола – 630 мкг/кг [35].
Исследованиями Г.П. Кононенко c соавт. (2022) в семенах рапса (для него не свойственно присутствие токсичных метаболитов грибов родов Fusarium, Alternaria, Penicillium, Aspergillus, Myrothecium и ряда других), полученных при сборе в условиях повышенной температуры и влажности, выявлено присутствие альтернариола, в основном в малых количествах (от 8 до 32 мкг/кг) и реже с более выраженным накоплением (от 46 до 775 мкг/г). В одном из образцов ярового рапса, который дольше других хранили в недосушенном состоянии, выявили наибольшее загрязнение альтернариолом и интенсивное инфицирование грибом A. tenuissima с экспериментально подтвержденной способностью к токсинообразованию [36].
Альтернариол был обнаружен в горчице белой, причем содержание в процессе вегетации снижалось. Впервые установлено повышенное накопление токсина в листьях по сравнению со стеблями [37].
В масличных семенах подсолнечника основным контаминантом микогенного происхождения наряду с микофеноловой кислотой и эмодином является альтернариол. Альтернариол был обнаружен в вегетирующих растениях кукурузы в периоды листообразования и выметывания метелки, выращенных в условиях Московской области [38].
Обнаружено наличие альтернариола в дикорастущем растении кипрея узколистного (иван-чай) и в коммерческих образцах сухого чая [39].
Альтернариол и монометиловый эфир альтернариола являются цитотоксичными и генотоксичными в микромолярных концентрациях [40].
Альтертоксины превосходят альтернариол и монометиловый эфир альтернариола по острой токсичности и мутагенности [41].
Несмотря на свое химическое разнообразие, токсины альтернарии обладают высококонсервативными механизмами биосинтеза. Ферменты, ответственные за производство большинства из этих соединений, кодируются кластерами биосинтетических генов [42]. Внутри этих кластеров основные ферменты биосинтеза ответственны за создание каркасов микотоксинов, включая поликетиды, нерибосомальные пептиды, терпены, индольные алкалоиды и гибриды [43]. Адаптирующие ферменты, кодируемые другими генами в том же кластере, модифицируют химическую основу посредством переноса функциональных групп или окислительно-восстановительных реакций. Эти кластеры также часто включают гены специфических факторов транскрипции, транспортеров и белков, устойчивых к токсинам [44].
Aльтернариол – наиболее изученный альтернариотоксин, оказывающий цитотоксическое действие в опытах in vitro [45].
Цитотоксичность отдельных альтернариевых токсинов во многом зависит от используемой клеточной линии и тестируемого токсина. Поскольку микотоксины обычно содержатся в продуктах питания и кормах в виде смесей, ситуация становится еще более сложной, поскольку необходимо определить воздействие смесей токсинов [46].
Для этого требуются комбинированные исследования, чтобы понять, нужно ли учитывать аддитивность, антагонизм или синергизм при оценке рисков для здоровья. При совместном воздействии альтернариола и его метилового эфира (в соотношении 1 : 1) жизнеспособность клеток кишечника человека (HCT116) снижалась сильнее, чем при воздействии каждого из них по отдельности. Как по отдельности, так и в сочетании альтернариол и дезоксиниваленол значительно повышали трансепителиальное электрическое сопротивление в клетках Caco-2.
Bensassi et al. исследовали цитотоксичность альтернариола и его метилового эфира. Регистрировали снижение жизнеспособности клеток примерно на 30 % после 24 ч воздействия при индивидуальном тестировании, в то время как при совместном тестировании они снижали жизнеспособность примерно на 50 % [47].
Fernández-Blanco и др. сообщили о синергетических цитотоксических эффектах в клетках Caco-2 после 24-часового воздействия альтернариола и его метилового эфира [48].
Применение комбинированной смеси альтернариола, альтенуена, тенуазоновой кислоты показало цитотоксические эффекты в зависимости от дозы на клеточных линиях WI-38 и PCS-200-014 [49].
Tran et al., 2020 обнаружили значительное снижение жизнеспособности клеток кишечного эпителия человека (Caco-2) при воздействии комбинации альтернариола и его метилового эфира, тенуазоновой кислоты. Обнаружен аддитивный эффект воздействия альтертоксина-II и альтернариола. Бинарные комбинации, особенно монометиловый эфир альтернариола и тенуазоновая кислота (соотношение 1 : 3), а также альтернариол и его метиловый эфир (соотношение 1 : 1), значительно повышали цитотоксичность по сравнению с отдельными соединениями) [50].
На штаммах Salmonella (тест Эймса) выявлено мутагенное действие токсинов Alternaria. Мутагенная активность оценена и на клетках млекопитающих. Альтертоксин-II, выделенный из Alternaria alternata, как минимум в 50 раз более мощный мутаген в тесте HPRT, чем альтернариол и монометиловый эфир альтернариола: альтернариол вызывал дозозависимое увеличение частоты мутаций, начиная с 10 мкМ, в то время как монометиловый эфир альтернариола увеличивал частоту мутаций гена HPRT. Аналогичная мутагенная активность наблюдалась у STTX-III, который при концентрации выше 0,25 мкМ в тесте HPRT вызывал увеличение количества устойчивых мутантов [7].
Альтернариол и его метиловый эфир способны повреждать ДНК. Они также проявляют цитотоксическое, мутагенное, канцерогенное, генотоксичное и тератогенное действие.
Альтертоксины I, II и III обладают генотоксическими и мутагенными свойствами. Наиболее выраженную мутагенную активность проявляет альтертоксин III.
Замаскированные альтернариотоксины (АОЛ-3-сульфат и АМЕ-3-сульфат) образуются в чистой культуре, организме животных и растениях.
Альтернариол подвергается как окислительно-восстановительному метаболизму I фазы, так и конъюгативному метаболизму II фазы в исследованиях in vivo и in vitro. Через 2 часа после перорального введения 2000 мг/кг массы тела немеченого альтернариола мышам NMRI в крови были обнаружены три гидроксилированных метаболита: 2-OH-альтернариол, 4-OH-альтернариол и 10-OH-альтернариол. Эти метаболиты, а также 8-OH-альтернариол, были обнаружены в моче в течение 72 часов после ее сбора. У крыс породы спраг-доули, получавших экстракт культуры альтернарии (50 мг/кг массы тела), содержащий 35 мкг/кг массы тела альтернариол, метаболит фазы II альтернариол-3-O-S был обнаружен в плазме через 3 часа и в моче через 3 и 24 часа. Кроме того, через 24 часа в фекалиях был обнаружен 4-OH-альтернариол, что составляет 1 % от принятого количества альтернариола [51].
Из всех микотоксинов рода Alternaria лишь тенуазоновая кислота демонстрирует выраженную острую токсичность: уровень ЛД50 при приеме внутрь у мышей и крыс составляет от 81 до 186 мг/кг массы тела [52]. Тенуазоновая кислота вызывает рвоту и геморрагические желудочно-кишечные заболевания у животных.
Механизм действия тенуазоновой кислоты заключается в подавлении высвобождения свежесинтезированных белков из рибосом. Тенуазоновая кислота проявляет фитотоксические и антибактериальные свойства. Внутрижелудочное введение тенуазоновой кислоты в количестве 2,50 мг/кг массы тела трехнедельным бройлерам в течение 3 недель привело к снижению прироста массы тела, поражению селезенки (увеличение и зернистость), эрозии в желудке, кровоизлияниям в просвете кишечника и на поверхности сердца, отеку миокарда и кровоизлияниям мышечной ткани [53].
В последнее время все большее беспокойство вызывает загрязнение томатной продукции тенуазоновой кислотой.
Среднее содержание тенуазоновой кислоты в концентрированной томатной пасте составляло 243 ± 725 мкг/кг, при этом уровни загрязнения ежегодно менялись. В 2022 г. Европейское управление по безопасности пищевых продуктов предложило ориентировочные уровни для обработанных томатных продуктов, установив уровни в 10 мкг/кг для альтернариола, 5 мкг/кг для метилового эфира альтернариола, 500 мкг/кг для тенуазоновой кислоты [54].
С помощью криосекции и количественного определения токсинов F. Sun et al., 2025, подтвердили гипотезу о том, что грибы Alternaria поражают томаты изнутри и распространяются наружу. На стадии цветения споры грибов Alternaria могут проникать внутрь плода различными путями, такими как воздушные потоки или насекомые, и оставаться скрытыми в развивающемся плоде [55].
Как только воздух попадает внутрь плода, скрытые споры при благоприятных условиях могут прорасти и инфицировать мякоть, быстро распространяясь изнутри наружу и в конечном итоге приводя к появлению черных пятен на кожице помидора. Одновременно с тем, как грибы Alternaria размножаются и распространяются, тенуазоновая кислота постепенно накапливается. Для повышения устойчивости к грибам Alternaria и снижения накопления микотоксинов были выведены трансгенные линии томатов, экспрессирующие хитиназу и CotA [56].
Токсины, вырабатываемые грибом Alternaria, являются распространенным загрязнителем яблок и яблочных продуктов [57, 58].
В яблоках и продуктах из них обнаруживаются альтернариол и его метиловый эфир, тенуазоновая кислота, альтертоксины I, II и тентоксин [54].
В литературе описаны случаи кожного альтернариоза, который поражает пациентов с ослабленным иммунитетом [55–57].
Заключение. Представленный обзор подтверждает опасность грибов рода Alternaria для сельскохозяйственных растений, животных и человека. Опасность альтернариоза обусловлена не только снижением урожайности и качества продукции, но и риском интоксикации людей и животных микотоксинами. Актуальными задачами остаются: изучение закономерностей развития патогена, механизмов переноса спор между растениями-хозяевами, совершенствование методов идентификации альтернариотоксинов.
