W4 st JBZ 2016

SAVE OFFLINE

Jakość i bezpieczeństwo żywności (4) 2016 [email protected]

1

Rakotwórcze składniki żywności Zawarte w żywności substancje odżywcze potrzebne są do prawidłowego rozwoju i funkcjonowania organizmu. Wśród składników żywności występują również związki niepożądane, mające właściwości rakotwórcze i mutagenne. • Mutageny powodują zmiany w zapisie genetycznym, prowadzą do jego uszkodzenia i pojawienia się groźnych mutacji. • Kancerogeny (substancje rakotwórcze) przyczyniają się z kolei do powstawania nowotworów bez ingerencji w kod genetyczny.

2

Klasyfikacja Międzynarodowa Organizacja Badań nad Rakiem – IARC (ang. International Agency for Research on Cancer). Grupy: • • • •

1- rakotwórcze dla ludzi 2a- prawdopodobnie rakotwórcze dla ludzi 2b- przypuszczalnie rakotwórcze dla ludzi 3- nie podlega klasyfikacji pod względem działania rakotwórczego • 4- prawdopodobnie nie rakotwórczy dla ludzi 3

Rozwój nowotworu W rozwoju nowotworu wyróżniamy fazy: • • •

Inicjację Promocję Progresję

Substancje rakotwórcze, które mogą zapoczątkować transformację normalnej komórki w komórkę nowotworową dzieli się na: • •

Epigenetyczne Genotoksyczne 4

Kancerogeny genotoksyczne (w tym prekancerogeny, które działają po przejściu aktywacji metabolicznej w organizmie) łączą się z DNA, powodując inicjację i progresję mutacji. Czynniki bezprogowe (każda ekspozycja niesie ryzyko powstania nowotworu)

5

Kancerogeny epigenetyczne • Nie wiążą się bezpośrednio z DNA, ale wpływają na przyspieszenie rozwoju procesu nowotworowego • Możliwe wyznaczenie progu substancji, po przekroczeniu którego obserwowane są zmiany patologiczne w organizmie.

6

Etapy działania genotoksyn • Większość znanych mutagennych i rakotwórczych składników żywności należy do genotoksyn. Ich rolę w kancerogenezie opisuje tzw teoria mutacji somatycznych. • Uszkodzenie genotoksyczne – kowalencyjne związanie mutagenu z z DNA, prowadzi do modyfikacji zasady azotowej. • Zmodyfikowana zasada tzw. addukt zakłóca prawidłowe parowanie się zasad – nieprawidłowa replikacja.

•

Utrwalenie mutacji - inicjacja transformacji nowotworowej.

7

Czynniki odpowiedzialne za inicjowanie zmian w zdrowej komórce • epigenetyczne – dotyczą nowotworów powstających wskutek zakłócenia gospodarki hormonalnej, działania immunosupresyjnego, działania drażniących substancji stałych (np. azbestu) oraz w wyniku uszkodzenia tkanki, np. przez często powtarzające się stany zapalne. • genotoksyczne – to przede wszystkim substancje o działaniu mutagennym; mające zdolność do uszkadzania materiału genetycznego poprzez wiązanie się z cząsteczką DNA, w efekcie następuje błędne kodowanie w czasie replikacji DNA. Uszkodzone DNA staje się przyczyną powstania różnego rodzaju mutacji genowych, chromosomalnych, co w dalszej kolejności prowadzi do rozwoju komórek nowotworowych.

8

Czynniki promocyjne • Kancerogen może zainicjować proces transformacji nowotworowej komórki, jednak wzrost nowotworowy następuje po zadziałaniu czynników zwanych promotorami. • Promotory to czynniki epigenetyczne , czyli nie wprowadzają bezpośrednio zmian do materiału genetycznego organizmu. • Działanie promotora ujawnia się po upływie dłuższego czasu ekspozycji.

9

Promotory nie wykazują bezpośrednio właściwości rakotwórczych, ale zwiększają częstotliwość pojawienia się nowotworów lub skracają czas potrzebny do ich rozwijania się. Czynniki promotorowe obecne w żywności to np: nienasycone kwasy tłuszczowe, bromian (V) potasu, polichlorowane bifenyle, czy też duża zawartość tłuszczu i białka. Szczególnie niebezpieczne są częściowo zredukowane cząsteczki tlenu (rodniki tlenowe) powstające jako produkt uboczny normalnego metabolizmu substancji odżywczych.

10

Mutageny i kancerogeny w żywności podział • związki występujące naturalnie – toksyny roślinne, • związki tworzące się podczas przechowywania i przetwórstwa żywności, • związki pochodzące z pestycydów, środków przeciwgrzybicznych i dodatków do żywności.

11

Aktywacja metaboliczna kancerogenu W aktywacji metabolicznej kancerogenów uczestniczą enzymy fazy I. Wchodzą w skład kompleksu enzymatycznego cytochromu P450, złożonego z kilkudziesięciu izoenzymów.

W komórce znajdują się również enzymy, od których zależy detoksykacja kancerogenów (enzymy fazy II) np. transferazy glutationowe, transaminazy, hydrolazy. Często te dwa procesy, tj. aktywacja i detoksykacja związków rakotwórczych, przebiegają równolegle (ten sam kompleks enzymatyczny).

12

Aktywacja dodatku do żywności

Tworzenie mutagenu z azotanów Nitrozaminy przy udziale cytochromu P450 ulegają hydroksylacji. (III) przebiega w kilku etapach:

W kwaśnym środowisku soku żołądkowego aminy znajdujące się w żywności reagują z, dodawanymi w celu konserwacji produktu spożywczego, azotanami (III) tworząc nitrozaminy.

Hydroksylowana pochodna ( nietrwała) przekształca się do karbokationu metylowego. Karbokation metylowy alkiluje guaninę przy O6

13

Mutageny naturalne Naturalnie występujące prekursory mutagenów zostały wyizolowane już w latach 80 XX wieku z ziaren kawy i kapusty chińskiej. W 1994 roku Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem (IARC) odnotowała obecność kancerogennych akryloamidów w ziemniakach. W czerwonym mięsie, warzywach i produktach mlecznych stwierdzono z kolei występowanie kwasu α-linolenowego, mogącego powodować wzrost ryzyka występowania raka prostaty.

Wykryto obecność azotowych prekursorów mutagenów między innymi w nasionach fasoli Vicia fava a także w sosie sojowym i grzybach.

14

Substancje mutagenne z kawy i herbaty

15

Alkohol • W 2012 zaklasyfikowany do grupy 1 • Aldehyd octowy > etanol • Ald. octowy – addukty z DNA, zaburzenia replikacji i naprawy • Uszkodzenie błony śluzowej jamy ustnej, przełyku, żołądka (stany zapalne, nadżerki, owrzodzenia) • Nowotwory: krtani, okrężnicy , odbytnicy, wątroby 16

Działanie akryloamidu Akryloamid początkowo znany tylko jako związek syntetyczny (uzyskiwanie polimerów) powstaje także w żywności na skutek obróbki termicznej produktów o wysokiej zawartości skrobi. Produkt reakcji Maillarda pomiędzy asparaginą a cukrami prostymi (glukoza, fruktoza). Działanie rakotwórcze wynika ze zdolności do kowalencyjnej modyfikacji materiału genetycznego , poprzez tworzenie glicydamidu.

Glicydamid ma zdolność tworzenia adduktów z DNA ( badania in vivo i in vitro).

17

Poziom akryloamidu w produktach spożywczych

18

Pochodne hydrazyny Hydrazyna i jej pochodne ( kw. argantynowy – pieczarki) to silne reduktory. W badaniach na zwierzętach hydrazyna wykazuje właściwości rakotwórcze (wchłania się również przez skórę).

1,2-Dimetylohydrazyna (SDMH, ang. symmetrical dimethylhydrazine) – organiczny związek chemiczny, pochodna hydrazyny, jeden z dwóch izomerów dimetylohydrazyny jest silnym kancerogenem alkilującym DNA, używany w badaniach naukowych do indukowania nowotworów okrężnicy u zwierząt laboratoryjnych

19

Alkenylobenzeny • Wykryto, że alkenylobenzeny przyczyniają się do wyższej zapadalności zwierząt na raka wątroby. • Suplementy diety, a w szczególności preparaty wytworzone na bazie takich roślin jak bazylia, koper włoski, gałka muszkatułowa oraz cynamon i tatarak, mogą zawierać duże ilości alkenylobenzenów. • Stężenie tych związków w wielu preparatach jest bardzo podobne do tego, które przyczyniało się do powstawania nowotworów u zwierząt. Konieczny nadzór nad suplementami diety zawierającymi

alkenylobenzeny.

20

Alkaloidy pyrolizydynowe Alkaloidy pochodne pirolizydyny to grupa związków chemicznych o silnej aktywności biologicznej; niektóre z nich posiadają właściwości kancerogenne i/lub hepatotoksyczne. Alkaloidy pirolizydynowe występują w licznych roślinach, różnych obszarów geograficznych, głównie z rodzin: Astrowate, Bobowate bądź Ogórecznikowate. Związki te występują w roślinach naszych łąk: chwastach, takich jak Starzec (Senecio sp.), są to senecionina i senecyfina. Odnotowano je np. w heliotropie, krotalarii, lepiężniku, podbiale, żywokoście. Substancje te mogą migrować do miodów za pośrednictwem pyłku kwiatowego przenoszonego przez pszczoły oraz do mleka zwierząt otrzymujących skażoną paszę.

21

Działanie radionuklidów Radionuklidy wykazują wiele różnorakich efektów toksycznych: •

226Ra wywołuje zmiany nowotworowe kości,

•

90Sr powoduje białaczkę szpikową,

•

137Cs jest przyczyną zaniku szpiku,

•

144Cer prowadzi do promiennego zapalenia płuc, martwicy wątroby, zaniku szpiku, białaczki szpikowej oraz zmian nowotworowych wątroby i kości,

•

238U wykazuje działanie nefrotoksyczne oraz powoduje zmiany włókniste płuc, przerost komórek nabłonka płuc i nowotwory płuc,

•

239Pu powoduje zmiany włókniste płuc i zmiany nowotworowe oskrzeli.

22

Dioksyny Powstają jako produkty uboczne podczas procesów spalania odpadów zawierających chlor, a także w procesie wytwarzania papieru metodą Krafta. Największe stężenie dioksyn obserwuje się w mleku, przetworach mlecznych oraz w rybach. Związki te mogą przenikać do żywności z produktów papierniczych takich jak: filtry do kawy, serwetki, talerze papierowe. Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem zakwalifikowała dioksyny jako kancerogen grupy 1. 23

Dioksyny Toksyczność tych związków zależy od liczby atomów chloru i miejsca ich rozmieszczenia w cząsteczce. Najbardziej toksyczne są związki, które posiadają przynajmniej 3 atomy chloru w pozycjach 2, 3, 7 lub 8. Zatrucia dioksynami mogą prowadzić do trądzikowych zmian skóry, porfirii (tzn. wydalanie z moczem dużych ilości porfiryn), uszkodzeń wątroby i polineuropatii (zwyrodnienia nerwów). Toksyczność dioksyn została wyznaczona w stosunku do 2,3,7,8tetrachlorodibenzo-p-dioksyny. Współczynniki toksyczności TFE (toxicity equivalent factor) umożliwiają oszacowanie całkowitej toksyczności wszystkich izomerów w danych produktach żywnościowych.

24

Pestycydy Pestycydy to szeroka grupa związków pochodzenia naturalnego oraz syntetycznego wykazująca dużą aktywność biologiczną. Można je podzielić na zoocydy, bakteriocydy, herbicydy i fungicydy.

Głównym źródłem zanieczyszczeń żywności pestycydami jest stosowanie nadmiernych ilości środków ochrony roślin oraz stosowanie ich w nieodpowiednich terminach wegetacji roślin.

25

Mutageny pochodzące z pestycydów Związki używane są do zwalczania chorób roślin, regulacji ich wzrostu a także do usuwania chwastów klasyfikuje się jako możliwe substancje rakotwórcze. Za pośrednictwem żywności kumulują się w organizmie człowieka. W tej klasie czynników rakotwórczych najbardziej groźny jest dichlorodifenylotrichloroetan (DDT). W badaniach prowadzonych na zwierzętach odnotowano niekorzystny wpływ DDT między innymi na: układ nerwowy, wątrobę, nerki i układ odpornościowy. DDT

DDD

DDE

26

Polichlorowane bifenyle (PCB) Polichlorowane bifenyle zaliczane są przez Międzynarodową Agencję Badań nad Rakiem do związków o prawdopodobnym działaniu rakotwórczym dla człowieka (2a). Należą do ksenoestrogenów, czyli substancji mających zdolność do naśladowania estrogenów przy jednoczesnym zmniejszaniu aktywności tych hormonów. Związki te tworzą się w trakcie chlorowania wody pitnej i bardzo dobrze rozpuszczają się w tłuszczach. Podobnie jak pestycydy wykazują zdolność do bioakumulacji, przez co w miarę wydłużania się łańcucha troficznego, ich zawartość w organizmie rośnie. Dużo PCB w organizmach żyjących w wodzie, głównie w wątrobie i tkance tłuszczowej ryb.

27

Polichlorowane organiczne zanieczyszczenia powszechnie występujące w żywności

Do ksenoestrogenów mogących przyczyniać się do rozwoju nowotworów estrogenozależnych i mogących przedostawać się do żywności należą: polichlorowane bifenyle (PCB) tworzące się w czasie chlorowania wody pitnej, Wielochloropochodne dioksyny, dibenzofuran, pozostałości pestycydów (DDT) oraz niektóre składniki wyrobów plastikowych jak bisfenol A.

28

Przeciwrakotwórcze składniki żywności Bioaktywne związki pochodzące z diety mogą zapobiegać procesowi kancerogenezy poprzez: • • • • • • • •

ograniczenie wchłaniania mutagenów blokowanie aktywacji protoonkogenu hamowanie proliferacji komórek aktywację procesów naprawczych DNA indukcję apoptozy uszkodzonych komórek usuwanie wolnych rodników hamowanie angiogenezy stymulację układu immunologicznego

29

Przykłady czynników przeciwrakotwórczych

30

Profilaktyka nowotworowa Obecnie prowadzi się szereg badań nad wieloma związkami, które to mogłyby być wykorzystane w chemioprofilaktyce nowotworowej. Przykłady takich związków: • • • • • •

Sulforafan Galusan epigalokatechiny Resweratrol Likopen Kurkumina Rutyna 31