Пищевые добавки как мутагены

Основные положения о медицинской значимости индуцированного мутагенеза были сформулированы в 1960-1970-х гг. Большинство последующих исследований в этой области сфокусированы на оценке мутагенных свойств средовых факторов различной природы. Были предложены и отработаны методические и методологические принципы генетического скрининга химических мутагенов и оценки мутагенной активности и генетической безопасности применения вновь синтезированных ксенобиотиков. Особое внимание уделялось лекарственным средствам и пестицидам. Гораздо меньшее количество работ было посвящено оценке мутагенных свойств других повседневных средовых факторов, в частности пищевых компонентов. Однако полученных результатов оказалось достаточно для заключения Международной организации по исследованию канцерогенного риска и ряда авторитетных авторов о том, что пища является источником сложной смеси мутагенов и канцерогенов различной природы. Главенствующее положение среди них занимают микотоксины, нитрозосоединения, нитроарены, растительные (прежде всего пиролизидиновые) алколоиды, гетероциклические амины, флавоноиды, фурокумарины, хинолиновые и хиноксалиновые производные, отдельные ароматические углеводороды.

Пищевые мутагены.Возможно несколько принципиально различных путей попадания потенциальных мутагенов в пищу.

1. Они могут быть аккумулированы из внешней среды в процессе жизнедеятельности растений и животных. Известно, что широкое распространение в биогеоценозах имеют соли металлов и пестициды. Несколько десятков неорганических соединений накапливаются в объектах растениеводства и животноводства, загрязняя пищевые продукты. Ртуть аккумулируется в организме рыб, из почвы в овощи переходит до 37% марганца, до 32% меди, до 41% цинка, до 10% никеля. В зерновых и картофеле накапливаются соединения кадмия, никеля, свинца, цинка, хрома, кобальта и др. Ряд неорганических контаминантов демонстрирует в про- и эукариотических тест-системах мутагенную и/или ДНК — повреждающую активность в концентрациях, превышающих физиологические значения. Среди них соединения цинка, кобальта, кадмия, бериллия, ртути, свинца, молибдена, никеля, хрома, мышьяка, меди, железа и др. Перечисленные соединения диссоциируют с образованием двухвалентных катионов, способных прямо взаимодействовать с ДНК, или имеют в структуре элементы переменной валентности (переходные элементы — Mo, Hg. Fe, Cu, Mn, Cr, Ni, Co и др. ) и, следовательно, обладают потенциальной способностью к индукции окислительных повреждений ДНК.

Широкие исследования показали, что мутагенными свойствами обладает не менее половины из 230 тестированных пестицидов. Наиболее ярко они выражены у этилендибромида, гидразина, параквата, а также отмечены in vivo у эндосульфана, манкозеба, фосфорорганических и некоторых других пестицидов. Их аккумуляция в пищевых растениях и остаточные количества в продуктах питания могут представлять генетическую опасность для человека, что подтверждено прямым цитогенетическим обследованием лиц, профессионально контактирующих с пестицидами.

В растениях и животных могут накапливаться и другие потенциально мутагенные соединения или соединения, способные образовывать мутагены в организме человека. Например, нитраты, накапливающиеся в растениях при внесении в почву азотистых удобрений, взаимодействуют с вторичными или третичными аминами с образованием мутагенных нитрозоаминов в кислом содержимом желудка человека. Взаимодействие нитрата натрия с L-триптофаном в аналогичных условиях приводит к возникновению мутагенного производного пропионовой кислоты, с гербицидами, являющимися производными мочевой кислоты, — к образованию их мутагенных нитрозопроизводных. Не исключено также образование потенциально мутагенных соединений в процессе переработки доброкачественной (не содержащей мутагенов или их предшественников) пищи в желудочно-кишечном тракте. В тесте Эймса и на фибробластях человека показано присутствие в фекалиях здоровых людей мутагенных фекапентенов (конъюгированные эфиры липидов).

Следует также упомянуть, что мутагенную опасность для человека могут представлять остаточные количества препаратов, используемых для стимуляции роста и лечения животных, которые могут переходить в продукты питания человека. Например, транквилизаторы азоперон и ацепрамазин, используемые при производстве мяса, мутагенны в тесте Эймса; диоксидин, применяемый в ветеренарии в качестве антимикробного соединения, мутагенен в эукариотических тестах.

2. Пищевое сырье может быть загрязнено мутагенами при хранении. Например, в результате накопления переокисленных соединений липидов, мутагенность которых хорошо известна, или в результате поражения плесниевыми грибами — продуцентами мутагенных микотоксинов.

Мутагенные свойства одного из микотоксинов — афлатоксина В1 выявлены в исследованиях на самых разных биологических объектах, включая обезьян. Минимальная генотоксическая доза этого вещества,

установленная в экспериментах на китайских хомячках, весьма незначительна — 0,1 мкг/кг. При этом увеличение уровня спонтанного мутирования после однократного введения этого соединения обезьянам сохраняется на протяжении почти двухлетнего периода наблюдений. Афлатоксин В1 относится к группе бисфураноидных токсинов. Однозначно установлены мутагенные свойства других соединений этого ряда, имеющих двойную винил-эфирную связь с терминальным фурановым кольцом: афлотоксины С1 и Ml, О-метилстеригматоцистин и стеригматоцистин. Также имеются сведения о мутагенных свойствах других микотоксинов: патулина, зеараленона, охратоксина А.

Показано образование мутагенов 1-(2-фурил)-пиридо(3,4-b)индола и

1-(2-фурил)-пиридо(3,4-b)индол-3-уксусной кислоты при смешивании и совместной 60-дневной инкубации при 37°С L-триптофана и

L-аскорбиновой кислоты. По мнению авторов, это может свидетельствовать о возможности образования мутагенов при хранении пищи, содержащей указанные естественные компоненты.

3.Мутагены могут образовываться в процессе термической Обработки пищевого сырья. Воздействие открытого огня, копчение и выпекание приводят к образованию и накоплению в пищевых продуктах мутагенных полициклических ароматических углеводородов, прежде всего бензо(а)пирена; поджаривание или проваривание продуцируют полициклические ароматические углеводороды, нитрозамины, аминоимидазоазарены, гетероциклические амины и другие мутагены. Показано, что нагревание рыбных продуктов до 100-220°С в течении 15 минут приводит к образованию мутагенных 2-амино-3,8- диметилимидазо(4,5-f)хиноксалина и 2-амино-3,4,8- триметилимидазо(4,5-f)хиноксалина. Пирролизаты фосфолипидов, образующиеся при нагревании до 500-700°С, обладают мутагенными свойствами, подобная активность выявлена у продуктов пирролиза глутаминовой кислоты и других аминокислот. Холестерин, окисляясь при хранении или приготовлении пищи, может также приобретать мутагенные свойства.

4. В пище имеются мутагены естественного происхождения. Некоторые флавоноиды демонстрируют мутагенную активность, а витамины С, Е, А — мутаген-потенциирующие эффекты. Саговник, употребляемый в пищу, содержит мутаген естественного происхождения — циказин. В экспериментах на лимфоцитах человека показано, что кофе, помимо кофеина, содержит и другие мутагенные факторы. Кофеин в целом ряде исследований на про- и эукариотических тест-системах демонстрировал мутагенные и мутаген-потенциирующие свойства.

Известно более 200 растений, содержащих соединения, обладающие мутагенными эффектами.

Кроме того, определенную мутагенную опасность могут представлять пищевые добавки, используемые в качестве консервантов, ароматизаторов, красителей, подсластителей, загустителей и пр.

Консерванты — сорбиновая кислота и ее соли, добавляемые в соки, маргарин, сгущенное молоко и т.п., индуцируют генные и хромосомные мутации, а также СХО в культивируемых V79 клетках китайского хомячка. Известны сведения о мутагенной активности консерванта нитрата натрия и бактериального ингибитора для вин и соков бисульфита натрия, а также широко используемого сахарозаменителя — сахарина. Проверка на бактериальных тестах 65 коммерческих пищевых ароматизаторов выявила мутагенную активность у препаратов лука и чеснока, у ряда пищевых азокрасителей, содержащих бензидиновые или нитрогруппы, бензенамины. В частности, в тесте Эймса мутагенную активность продемонстрировали основной красный, метиловый красный судан IV, метиловый оранжевый, конго красный, ализариновый красный В, эриохром, триптофановый синий, синий Эванса и др. Из корней Rubia tinctomm, используемых в качестве сырья для получения пищевых красителей, выделено девять различных антрахиноновых производных, обладающих мутагенными свойствами.

Значительное внимание было уделено изучению мутагенных свойств различных антиоксидантов, применяемых в качестве консервантов пищевых продуктов. Многочисленные исследования с использованием про- и эукариотических тестов показали мутагенные свойства бутилокситолуола и особенно бутилоксианизола.

Приведенные примеры однозначно указывают на необходимость широких исследований, направленных на оценку мутагенных свойств пищевых продуктов, вспомогательных пищевых компонентов, распространенных пищевых добавок, а также роли отдельных технологий в возникновении мутагенов в готовых продуктах, произведенных из доброкачественного сырья. Однако именно оценка мутагенных свойств является наименее разработанным вопросом в области теоретической и практической токсикологии. Согласно рекомендациям ВОЗ, в пищевой токсикологии можно использовать методологии изучения мутагенности, сложившиеся в смежных областях, например в сфере фармакологии, где необходимость ипытания новых лекарств на мутагенность определена директивно и разработаны необходимые методические и методологические подходы, позволяющие эффективно решать эту проблему. Однако в перспективе это не снижает актуальности разработки методологии исследования мутагенности в области пищевой токсикологии.

Важно подчеркнуть, что главной мерой борьбы с индуцированным мутагенезом и его отдаленными патогенетическими последствиями является предупреждение контакта человека с потенциальными мутагенами. В этой связи представляется, что в области изучения мутагенности пищевых продуктов следует выделить две тесно взаимосвязанные задачи.

Первая задача— предупреждение потребления продуктов, содержащих потенциально мутагенные соединения. Ее решение методами генетического мониторинга представляется невозможным из-за чрезвычайно большого объема необходимых исследований. Поэтому в этом случае целесообразно применение менее дорогостоящих и менее трудоемких методов химической детекции потенциально опасных веществ в рамках санитарно-гигиенического контроля качества. Например, после выявления мутагенных и канцерогенных свойств афлотоксина В1 и других микотоксинов, загрязняющих пищу, достаточно иметь надежные аналитические способы их идентификации и препятствовать распространению загрязненных продуктов без дополнительных генетических исследований.

Вторая задача— изучение генотоксических свойств наиболее распространенных дополнительных компонентов: пищевых добавок, которых насчитывается около 2.5 тысяч, наиболее часто встречающихся загрязнителей и необязательных компонентов пищи, возникающих при термических воздействиях, с тем, чтобы иметь необходимую базу данных для направленного выявления потенциальных мутагенов в пищевых продуктах методами аналитической химии. Эта задача представляется достаточно сложной прежде всего по вопросам определения первоочередности тестирования, выбора тест-объектов исследований, доз, способов и схем применения испытуемых соединений и продуктов, антагонизма и синергизма действия пищевых компонентов с мутагенами, повседневно воздействующими на человека (полициклические углеводороды, хиноны и пр.). Недостаточное внимание к указанным вопросам имеет следствием получение неоднозначных результатов и значительно затрудняет меры, направленные на предупреждение применения потенциального мутагена. Например, среди нескольких десятков работ, посвященных изучению мутагенности сахарина, имеются как подтверждающие, так и отрицающие наличие у него мутагенных свойств. Подобное положение определяет длительность и бесплодность многолетней дискуссии о возможности и потенциальной опасности его использования в качестве пищевого сахарозаменителя.

Существенное значение имеет также проблема адекватной трактовки полученных данных. Выше было указано на существование результатов, демонстрирующих мутагенные свойства ароматизирующих компонентов лука и чеснока на бактериях. С одной стороны, эти данные свидетельствуют о генетоксическом потенциале этих ароматизаторов, с другой — хорошо известны бактериологические свойства компонентов указанных растений. Следовательно, выявленные мутагенные эффекты могут быть биоспецифичны для микроорганизмов, что не позволяет однозначно экстраполировать данные о мутагенности ароматизаторов чеснока и лука на человека. Аналогичная ситуация прослеживается с распространенными загрязнителями среды и, возможно, пищевых продуктов — пероксиацетилнитратами, возникающими в результате взаимодействия фотохимически перекисленных органических продуктов с оксидами азота. Эти соединения демонстрируют мутагенные свойства в бактериальных тест-системах, но не у эукариот in vivo. В этой связи следует указать, что большинство указанных работ выполнено на микробиологических объектах, поэтому очевидно, что для повышения надежности экстраполяции сведений о мутагенных свойствах пищевых продуктов и их компонентов следует продолжить их исследования с использованием в качестве тест-систем высших организмов при пероральном многократном введении испытуемых соединений в дозах, реально потребляемых человеком и, как минимум, превышающих их в десять раз. Очевидно, что при выявлении мутагенной активности пищевого компонента в тестах, позволяющих надежно экстраполировать полученные данные на человека, выявленный мутагенный агент должен устраняться из рецептур пищевых продуктов и заменяться немутагенным аналогом. Представляется, что в первую очередь следует детально оценить мутагенные свойства пищевых добавок и загрязнителей, поскольку уже было показано, что некоторые из них обладают мутагенными свойствами.

Пищевые антимутагены.Наряду с развитием работ по обеспечению генетической безопасности пищевых продуктов в последнее время активно изучаются вопросы влияния веществ, содержащихся в пище, на мутагенные эффекты средовых ксенобиотиков. Это чрезвычайно важная проблема, поскольку очевидно, что современная среда обитания агрессивна по отношению к человеку и содержит большое количество мутагенов химической и физической природы, устранить которые невозможно. Более того, по существующим прогнозам мутагенное давление внешних факторов будет все более увеличиваться. Возможное средство борьбы с этим явлением — использование соединений-антимутагенов, способных снижать или устранять мутагенные эффекты средовых факторов.

Сегодня формируются три направления практического использования антимутагенов. Во-первых, разрабатываются фармакологические средства защиты генетических структур от мутагенных воздействий. Во-вторых, исследуя влияние различных (в подавляющем большинстве растительных) пищевых продуктов на индуцированный мутагенез. В-третьих, идет интенсивное изучение возможности использования отдельных пищевых добавок или компонентов в качестве превентеров (chemopreventers), обладающих профилактическими, в частности антимутагенными, свойствами. Создание пищевых продуктов, обогащенных антимутагенными компонентами, имеет большие перспективы не только для профилактики увеличения генетического груза, но также потому, что антимутагены рассматриваются как агенты, предупреждающие индукцию и развитие злокачественных новообразований.

Известно более 25 различных классов химопревентеров, содержащихся практически во всех типах пищи. Сведения о них обобщены и представлены в таблице 25.

Не останавливаясь на многих эффектах химопревентеров, полезных для здоровья человека, укажем, что многие из них в эксперименте снижают повреждающее действие средовых мутагенов.

Антимутагенные свойства имеют многие соединения, поступающие с пищей: растительные пищевые волокна, пигменты и флавоноиды (рутин, кверцетин, мирацетин), витамины С, Е, А, β-каротин, экстракты ряда культурных и дикорастущих растений (зеленого и черного чая, капусты, зеленого перца, баклажанов, яблок, лопуха, лука, имбиря, мяты и др.), многочисленные синтетические соединения, применяющиеся в качестве пищевых добавок: бутилокситолуол, бутилоксианизол, пропилгаллат, этоксихин).

Известны факты, свидетельствующие о снижении мутагенных эффектов под действием йогуртов и соков различных фруктов и овощей. В исследованиях института фармакологии были показаны антимутагенные свойства подсластителя аспартама и естественного компонента пищи убихинона.

Отдельные соединения, являющиеся естественными компонентами пищи, способны ингибировать непосредственно эффекты пищевых мутагенов. Показано, что казеин в микробиологических тест-системах обладает эффективной антимутагенной активностью и снижает генотоксические эффекты азида натрия, N-нитрохинолин-1-оксида и особенно хорошо бензо(а)пирена, N-метилнитрозомочевины, нитрозированного 4-хлориндола, различные флавоноиды ингибируют мутагенность гетероциклических аминов.

Витамины С и Е уменьшают эндогенное образование мутагенных нитрозопроизводных, что по мнению отдельных авторов открывает перспективу профилактического использования этих соединений за счет увеличения потребления овощей и фруктов или продуктов, обогащенных пищевыми добавками, содержащими эти компоненты.

По механизмам защитного действия пищевые антимутагены скорее всего полифункциональны и могут оказывать защитный эффект сразу по нескольким описанным ранее механизмам: вне клетки — ингибируя формирование и поглощение мутагенов, превращение промутагенов в мутагены; внутриклеточно — блокируя поступление мутагенов в клетки, их взаимодействие с генетическими структурами за счет усиления активности детоксицирующих ферментов и ферментов реперации, а также за счет прямого взаимодействия с мутагенами (десмутагены), перехвата свободных радиикалов.

В таблице приведены сведения об антикластогенных эффектах различных соединений и возможных механизмах их действия. Данные, приведенные в таблице, дают достаточно много сведений об антикластогенах in vitro.

Вместе с этим большая часть работ по антимутагенезу выполнена с применением микробиологических тест-объектов, что значительно снижает прогностическую ценность выявленных результатов для высших животных и человека. Исследования антимутагенных свойств химических соединений предпочтительнее проводить на млекопитающих, так как в этом случае оцениваются не только прямые, например десмутагенные, эффекты антимутагенов, но также их защитное действие за счет прямого и опосредованного центральными механизмами влияния на специфические системы метаболизма, антиоксидантную, иммунную и детоксицирующую системы. Данные, полученные на млекопитающих, с высокой надежностью могут быть экстраполированы на человека.

Таблица 25