Los biomarcadores son una herramienta para medir la exposición dietética de humanos y animales a las micotoxinas. En contraste, la industria lo ve desde otra perspectiva: como una prueba más barata, rápida y confiable de la efectividad de un aditivo anti-micotoxinas.

En la actualidad, existe un interés creciente en los biomarcadores de micotoxinas en la comunidad agrícola debido al número cada vez mayor de agricultores que se interesan por este tema. El término ‘biomarcador de micotoxinas’ en ese contexto se está asociando con los llamados indicadores relacionados con la exposición (micotoxinas y sus metabolitos en los fluidos corporales, heces u órganos).

Muchos autores definen 2 tipos de biomarcadores:

1. directo
2. indirecto

Los biomarcadores directos o basados en la exposición son específicos, mientras que los indirectos o biomarcadores de efecto son generalmente inespecíficos y representan alteraciones estructurales o funcionales producidas en el cuerpo bajo la exposición a ciertas drogas o toxinas. Sin embargo, estas alteraciones pueden servir en algunos casos como biomarcadores de exposición cuando ambos procesos están directamente vinculados (Groopman y Kensler, 1999; Perera y Weinstein, 2000; Silins y Högberg, 2011).

Figura 1 – Clasificación sugerida de los biomarcadores de micotoxinas.

Sin embargo, las sugerencias serían utilizar 3 subtipos para los biomarcadores de micotoxinas (Figura 1):

1. basado en la exposición (directo),
2. basado en un mecanismo (indirecto)
3. biomarcadores de efecto (indirectos).

Los biomarcadores basados en la exposición caracterizan la presencia de micotoxinas o sus metabolitos (por ejemplo, glutatión o conjugados de glucurónidos). Estos compuestos pueden detectarse en fluidos o tejidos biológicos de fácil acceso (Baldwin et al., 2011).

Por el contrario, los biomarcadores basados en mecanismos evalúan los cambios específicos de la micotoxina en proteínas específicas, metabolitos celulares o expresión de genes.

Los biomarcadores de efecto expresan la consecuencia típica de la micotoxina en el rendimiento y otros parámetros de salud como la integridad intestinal, el título de anticuerpos, las lesiones típicas, el nivel de las enzimas hepáticas séricas o incluso el aumento de peso y la conversión alimenticia. Sin embargo, son menos específicos de la micotoxina cuando se comparan con los biomarcadores basados en mecanismos y más cuando se comparan con los biomarcadores basados en la exposición.

Sustrato fisiológico del biomarcador

Los biomarcadores específicos (basados en la exposición y el mecanismo) se miden en los fluidos o tejidos corporales, como la propia molécula, un metabolito(s) o el producto de una reacción con una molécula biológica. Los parámetros más comunes para cuantificar la exposición a las micotoxinas se miden en la orina, el suero y la leche. Sin embargo, hay otras matrices biológicas que pueden proporcionar información importante, como las heces o el cabello.

Sangre

Varias micotoxinas (aflatoxinas, ocratoxina A, DON, zearalenona) se absorben rápidamente en el intestino superior, mostrando un pico agudo en la sangre en las dos horas siguientes a la ingestión oral (Figura 2) en la mayoría de las especies animales. En cambio, las fumonisinas tienen una disponibilidad limitada y sus niveles en la sangre son insignificantes. Por consiguiente, los biomarcadores de micotoxinas de alta biodisponibilidad basados en la exposición sólo pueden detectarse en el suero y el plasma en altas concentraciones poco después de la ingestión oral. Además, se eliminan rápidamente de la corriente sanguínea. Esto es crucial, ya que el momento de la recogida de sangre es clave durante el estudio in vivo de los biomarcadores sanguíneos de la exposición. Los biomarcadores basados en mecanismos como los aductos de proteínas tienen vidas medias más largas en la sangre. Entre todos los biomarcadores proporcionan más información sobre sus efectos acumulativos a pesar de que podrían ser menos específicos de una micotoxina.

Figura 2 – Concentración plasmática – perfil temporal de DON después de la administración oral de DON a seis lechones (Investigación de Nutriad basada en el método de Devreese et al., 2012).

Bilis

La vena porta transporta la sangre con micotoxinas absorbidas en el estómago, el páncreas y los intestinos al hígado. La excreción biliar es una ruta importante de eliminación de micotoxinas con tasas de absorción altas o bajas. De hecho, en algunos casos, en los que las micotoxinas se alimentan en bajas concentraciones, la micotoxina sólo puede ser detectada en la bilis (Armorini et al. , 2015). Como la toma de muestras de bilis requiere la eutanasia animal, los sustratos de los biomarcadores biliares son, lamentablemente, sólo prácticos en los estudios de campo en aves de corral.

Orina

La fracción principal de las micotoxinas de rápida absorción pasa por el hígado y circula brevemente por la sangre antes de ser excretada, ya que sus metabolitos no se modifican en la orina. Sin embargo, la correlación entre la micotoxina ingerida y el nivel de micotoxina en la orina es menor en comparación con la sangre debido a las variaciones de la cantidad de orina relacionadas con los alimentos. Varios autores recomiendan el uso de la creatinina como indicador de la cantidad de orina producida (Kraft y Dürr, 2005), ya que la excreción de creatinina no está relacionada con los alimentos. Este sustrato fisiológico no es una matriz adecuada para estudios de campo en aves de corral.

Leche

Los metabolitos de aflatoxinas, DON, zearalenona y ocratoxina A pueden ser detectados en varias concentraciones en la leche de mamíferos no rumiantes. En los rumiantes, la leche es una matriz fácil y ampliamente utilizada para la estimación de la exposición a las aflatoxinas solamente. Actualmente no existe una correlación entre los niveles de toxinas en la leche en comparación con el suero, lo que sugiere que la transferencia de la sangre a la leche no es todavía un proceso totalmente comprendido (Biasucci et al., 2010).

Heces

La tasa de absorción gástrica de algunas micotoxinas (por ejemplo, las fumonisinas) es muy baja y una gran parte se elimina en las heces. Las micotoxinas de alta biodisponibilidad se excretan en las heces a una tasa muy baja (Turner et al., 2010). La cuantificación de biomarcadores en las heces como una estimación del aglutinante de micotoxinas tiene potencial; sin embargo, este enfoque tiene muchos límites, incluida la posible metabolización de la micotoxina aglutinada por la microflora en el intestino grueso. Otra observación preocupante es que las concentraciones fecales de micotoxinas pueden disminuir con el aumento de las dosis de adsorbente en la dieta y se sugiere que las toxinas ligadas pueden ser indetectables en las heces cuando se utilizan procedimientos analíticos estándar para otros sustratos fisiológicos o para la alimentación (Sulzberger et al., 2017).

Órganos

El análisis de los biomarcadores de micotoxinas en los órganos requiere un procedimiento invasivo como una biopsia o un estudio post-mortem. La acumulación de varias micotoxinas en los tejidos ocurre principalmente en el hígado y los riñones. El uso de los órganos como matriz biológica tiene varias ventajas, como el efecto de acumulación de la micotoxina, y la menor variación vinculada al tiempo de alimentación y la recogida de muestras. Algunas micotoxinas, incluso cuando se alimentan en bajas concentraciones, se retienen en el hígado y los riñones en forma no metabolizada (revisado en Voss et al. , 2007) o metabolizada. Las micotoxinas persisten en los riñones mucho más tiempo que en el plasma o en el hígado, y los niveles pueden ser 10 veces superiores a la cantidad en el hígado (Martinez-Larranaga et al. , 1999; Riley y Voss, 2006).

Cabello

Esta es la muestra biológica más fácil de recoger en el ensayo de los biomarcadores. Sewram y otros (2003) demostraron por primera vez que las fumonisinas pueden acumularse en el pelo de los humanos y los primates. Lamentablemente, no hay información fiable sobre la acumulación de fumonisina u otras micotoxinas en los pelos de los animales domésticos.

Diferencias entre cerdos, aves de corral y rumiantes

Las micotoxinas tienen diversas vías metabólicas in vivo que pueden ser muy específicas de las especies animales. Esto se debe en parte a la configuración del sistema digestivo (ausencia o presencia de preestómagos) y el diferente metabolismo de las células intestinales en el epitelio del intestino o la microbiota intestinal específica de la especie puede influir significativamente en la formación de biomarcadores de diferentes tipos. Por lo tanto, es importante elegir el sustrato representativo adecuado (biomarcador) en cada especie animal. Por ejemplo, el análisis de los biomarcadores basados en la exposición de DON, fumonisinas y toxinas T-2 en la sangre de aves de corral tiene un valor práctico menor en la evaluación de campo debido a los bajos niveles de absorción de estas micotoxinas. Por otra parte, la rápida y moderada a alta absorción de DON, aflatoxinas y ocratoxina A en cerdos hace que el estudio de campo de los biomarcadores basados en la exposición en la sangre sea muy dependiente del tiempo de muestreo, ya que alcanzan su punto máximo en la sangre dentro de los 15-30 minutos de la ingestión (Prelusky et al. , 1988). En los rumiantes, la única manera de evaluar los biomarcadores de micotoxinas en el campo es el uso de métodos de muestreo bajos o no invasivos. La leche es el sustrato más preferido por los productores de lácteos en la vigilancia del biomarcador [basado en la exposición], la aflatoxina M1.

Evaluación de campo versus evaluación científica

Los agentes secuestrantes de micotoxinas (nombres alternativos: desactivador, desintoxicante, aglutinante) son aditivos para piensos que tienen por objeto reducir la toxicidad de las micotoxinas mediante la unión de la toxina (aglutinantes de micotoxinas), la alteración de la estructura química de la micotoxina en el tracto gastrointestinal a metabolitos no tóxicos (agentes transformadores de micotoxinas) o la disminución de los efectos secundarios negativos de la exposición a las micotoxinas en los animales (desactivadores de micotoxinas). Si bien los agricultores parecen entusiasmados con el uso de biomarcadores basados en la exposición como una herramienta práctica para comprobar el rendimiento de los secuestradores de micotoxinas, es crucial considerar las varias limitaciones importantes:

• Biodisponibilidad de las micotoxinas. Algunas de las micotoxinas como las fumonisinas se absorben mal, por lo tanto, apenas pueden ser detectadas en la sangre o la orina. Otras, como la DON, tienen una cinética específica de la especie y se absorben bien en los cerdos pero se absorben mal en las aves de corral y los rumiantes adultos. Por lo tanto, la elección de un sustrato fisiológico es específica para cada micotoxina y para cada especie animal.
• Cinética de las micotoxinas absorbidas. La mayoría de las micotoxinas alcanzan su pico en la sangre en una o dos horas después de la ingestión. Elegir la sangre como sustrato de un biomarcador basado en la exposición para pruebas de campo requiere un programa de alimentación y recolección de sangre muy controlado. Además, las micotoxinas parentales pueden ser rápidamente metabolizadas en el hígado a otro compuesto tóxico o no tóxico. Por consiguiente, es importante poder detectar varios metabolitos de micotoxinas que también pueden ser específicos de la especie.
• El efecto biológico de cada micotoxina. Por ejemplo, los principales efectos negativos de las fumonisinas y los tricotecenos están relacionados con el efecto adverso en el tracto gastrointestinal. El uso de ciertos aglutinantes puede resultar en una reducción de los niveles de DON en la sangre y la orina, lo que puede llevar a una conclusión errónea respecto al efecto «positivo» de un aditivo. Según algunos investigadores, tales aglutinantes pueden dar lugar a niveles más altos de DON en las partes distales del intestino que pueden afectar negativamente a la integridad intestinal (Osselaere et al., 2013). Esto puede aumentar la incidencia y la gravedad de los brotes de bacterias y coccidios.
• Es importante considerar las altas variaciones entre los animales individuales cuando se miden los niveles de los biomarcadores.
• Procedimiento analítico. La sangre, la orina, las heces y los órganos son matrices muy complejas y sólo unos pocos laboratorios del mundo han validado métodos para la evaluación cuantitativa de los biomarcadores de interés basados en la exposición. El problema es especialmente grave en el caso de los metabolitos, ya que éstos requieren otros estándares muy específicos, costosos y apenas disponibles.
• El modo de acción primario del producto. El análisis de los niveles de micotoxinas y sus metabolitos en los fluidos y tejidos del cuerpo sólo puede representar el modo de acción de absorción del producto o su acción biotransformadora. La medición de los biomarcadores basados en la exposición no puede demostrar el efecto de los desactivadores de micotoxinas con otros modos de acción contra las micotoxinas o sus consecuencias negativas. El ejemplo más representativo es el de las fumonisinas, en el que el modo de acción que no sea el de ligadura o biotransformación es responsable de los efectos positivos de los desactivadores complejos de micotoxinas, incluida la levadura o sus derivados, en el control de los niveles de Sa/So.
• Se necesita un grupo de control para llegar a la conclusión correcta sobre la capacidad de enlace del producto in vivo.

Resumen

Podría parecer más fácil evaluar la eficacia de un producto midiendo el nivel de micotoxina o su metabolito en los fluidos fisiológicos que confiar en los datos de rendimiento animal obtenidos a largo plazo. Sin embargo, este enfoque depende mucho de varios factores, entre ellos la toxina específica que se mide, la disponibilidad de ciertos tejidos o líquidos, el propósito específico del estudio y el modo de acción del producto. En la actualidad, la combinación de información sobre indicadores clínicos (biomarcadores de efecto indirecto), exposición presunta o confirmada (análisis de los piensos) y datos de investigación in vivo del productor del aditivo antimicotóxico es la mejor solución y la más económica para la evaluación del producto.

Las referencias están disponibles a petición.

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