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Penicillium-Pilze auf Lebensmitteln

Genomics zur Charakterisierung der Mykotoxinbildung

Ein Befall pflanzlicher Produkte mit Pilzen der Gattung Penicillium führt häufig zu deren Verderb. Zudem sind viele Pilzarten dieser Gattung in der Lage verschiedene Giftstoffe (Mykotoxine) zu bilden. Dazu zählen Citrinin, Ochratoxin und Patulin (Abbildung 1). Citrinin ist ein nierenschädigendes Mykotoxin, dass in Produkten wie Getreide, Reis, Nüssen, Gewürzen, Obst und damit auch Fruchtsäften vorkommen kann. Im Fall von Getreide wird Citrinin häufig zusammen mit Ochratoxin gefunden, dass sowohl die Nieren als auch die Leber schädigen kann. Beide Toxine werden von Penicillium verrucosum gebildet. In Obst und Obstprodukten, insbesondere in Äpfeln, kann Citrinin auch neben Patulin auftreten, das als Zellgift in die Atmungskette eingreift. Ein Pilz, der in der Lage ist Patulin und Citrinin zu bilden und häufig auf Äpfeln und Birnen vorkommt, ist Penicillium expansum. Auf Nüssen, Oliven, oder auch in Gewürzen hingegen ist Penicillium citrinum vermutlich für die Citrininbildung verantwortlich.

Im Gegensatz zu Ochratoxin und Patulin ist über das Vorkommen und die Bildung von Citrinin in pflanzlichen Produkten bisher nur sehr wenig bekannt, wie auch in einem Positionspapier der EFSA (European Food Safety Authority, 2012) dargelegt ist. Da ein Verständnis der zellulären Regulation der Citrininbildung im Produkt für die Entwicklung von wirksamen Vermeidungsstrategien essenziell ist, erforscht das Institut für Sicherheit und Qualität bei Obst und Gemüse die biologischen Grundlagen der Citrininbildung in der Gattung Penicillium.

Dabei wurde gezeigt, dass die Regulation der Citrininbildung in den drei o. g. Spezies völlig unterschiedlich ist:  In P. verrucosum hängen Citrinin- und Ochratoxinbildung zusammen und sind gegenläufig reguliert. In P. expansum ist die Bildung von Patulin und Citrinin wahrscheinlich nicht gekoppelt, sondern kann in unterschiedlichen Bildungsabläufen auftreten. In P. citrinum scheint die Citrininbildung am wenigsten stringent reguliert zu sein. Diese Spezies kann in der Regel sehr viel Citrinin bilden.

Die molekularen Mechanismen der Regulation der Citrininbildung in den drei Spezies werden am Max Rubner-Institut aufgeklärt. Dazu wurden unter anderem die Genome von P. verrucosum und P. citrinum sequenziert (das Genom von P. expansum wurde bereits von anderen Arbeitsgruppen veröffentlicht). Differentielle Genomanalysen dieser beiden Pilzspezies im Vergleich zu P. expansum und Monascus purpureus – der Schimmelpilzspezies in der die Citrininbildung erstmals untersucht wurde – zeigen eine sehr hohe strukturelle Ähnlichkeit der Citrinin-Biosynthesegencluster (Abbildung 2). Dies kann ein Hinweis auf einen möglichen horizontalen Gentransfer (HGT) des Citriningenclusters innerhalb dieser Spezies sein. Ähnliches wurde vereinzelt bereits für andere Pilzspezies beschrieben.

Und: Ähnliche Analysen werden derzeit auch mit dem Gencluster für die Aflatoxin-Biosynthese durchgeführt, der in verschiedenen Aspergillus-Arten vorkommt, die das hochgiftige Mykotoxin Aflatoxin produzieren (siehe auch AflaZ-Projekt ).