Identification and characterisation of exposure to mycotoxins: co-occurrence and co-exposure with other chemical hazards

Abstract

L’exposició humana a contaminants químics, principalment a través de la dieta, és una preocupació que va en augment. Les micotoxines, com el desoxinivalenol (DON) i l’enniatina B (ENNB), produïdes per espècies de Fusarium, són prevalents en aliments a base de cereals i suposen riscos significatius per a la salut. L’ús de pesticides en l’agricultura per prevenir el creixement de fongs contribueix a l’exposició, ja que aquests productes químics i compostos com el bisfenol A (BPA), un disruptor endocrí utilitzat en plàstics per a envasos d’aliments, són perjudicials. Tot i l’evidència d’una exposició generalitzada a micotoxines, pesticides i BPA, no es comprenen bé els seus patrons de coexposició. Aquesta tesi tenia com a objectiu avaluar l’exposició a micotoxines i la coexposició amb contaminants sintètics a Espanya i Catalunya a través de diversos estudis. Es van dur a terme dos estudis dietètics per mesurar l’exposició a DON i ENNB. Un altre estudi va utilitzar un mètode innovador d’espectrometria de masses per avaluar la coexposició a pesticides a través de biomarcadors en orina. Un estudi pilot va substituir els aliments convencionals per alternatives ecològiques per avaluar els canvis en l’exposició a micotoxines, pesticides i BPA. En els estudis dietètics, es va utilitzar cromatografia líquida amb espectrometria de masses en tàndem per analitzar DON i ENNB en aliments a base de cereals. Les dades d’enquestes regionals i nacionals es van analitzar mitjançant mètodes probabilístics. Els resultats van mostrar que el DON és comú en els cereals consumits a Espanya, amb una exposició més alta entre els infants. El pa i la pasta van ser els principals contribuents a l’exposició al DON, fet que indica la necessitat d’estratègies d’intervenció específiques. L’ENNB estava gairebé sempre present a les mostres d’aliments, i els infants van mostrar els nivells més alts d’exposició. Es va desenvolupar un mètode analític innovador per detectar micotoxines i pesticides en orina mitjançant un procés d’extracció líquid-líquid per salat (SALLE). Aquest mètode, aplicat a mostres d’orina de voluntaris en una intervenció dietètica ecològica, va revelar que es van detectar quatre micotoxines i set pesticides en més del 25% de les mostres. El DON i el metabolit de pesticida dietilfosfat (DEP) van ser els més freqüentment trobats. Es van observar correlacions positives entre micotoxines i metabolits de pesticides, fet que suggereix interaccions entre aquests contaminants. La intervenció de dieta ecològica va suggerir possibles reduccions en certs nivells de micotoxines, tot i que es necessita més investigació amb mides de mostra més grans. Un altre estudi va mesurar els metabòlits del BPA i els biomarcadors d’esteroides en l’orina, trobant correlacions entre el BPA i altres productes químics. El canvi a una dieta ecològica va conduir a un augment en el sulfat de BPA i canvis en els biomarcadors d’esteroides, fet que subratlla les complexes interaccions entre la dieta i l’exposició química. El consum de certs aliments, com ara cereals i vegetals d’arrel, es va correlacionar amb nivells més alts de BPA. En resum, aquesta investigació confirma que l’exposició humana a mescles complexes de micotoxines, pesticides i BPA és comuna a través de la dieta, fet que subratlla la necessitat d’una avaluació de riscos integral i d’estratègies d’intervenció.

La exposición humana a contaminantes químicos, principalmente a través de la dieta, es una preocupación que está en auge. Las micotoxinas, como el deoxinivalenol (DON) y la eniatina B (ENNB), producidas por especies de Fusarium, son prevalentes en alimentos a base de cereales y suponen riesgos significativos para la salud. El uso de pesticidas en la agricultura para prevenir el crecimiento de hongos contribuye a la exposición, ya que estos químicos y compuestos como el bisfenol A (BPA), un disruptor endocrino utilizado en plásticos para envases de alimentos, son perjudiciales. A pesar de la evidencia de una exposición generalizada a micotoxinas, pesticidas y BPA, no se comprenden bien sus patrones de coexposición. Esta tesis tuvo como objetivo evaluar la exposición a micotoxinas y la coexposición con contaminantes sintéticos en España y Cataluña a través de varios estudios. Se llevaron a cabo dos estudios dietéticos para medir la exposición a DON y ENNB. Otro estudio utilizó un método novedoso de espectrometría de masas para evaluar la coexposición a pesticidas a través de biomarcadores en orina. Un estudio piloto reemplazó los alimentos convencionales con alternativas orgánicas para evaluar los cambios en la exposición a micotoxinas, pesticidas y BPA. En los estudios dietéticos, se utilizó cromatografía líquida con espectrometría de masas en tándem para analizar DON y ENNB en alimentos a base de cereales. Los datos de encuestas regionales y nacionales se analizaron utilizando métodos probabilísticos. Los resultados mostraron que el DON es común en los cereales consumidos en España, con mayor exposición entre los niños. El pan y la pasta fueron los principales contribuyentes a la exposición al DON, lo que indica la necesidad de estrategias de intervención específicas. La ENNB estuvo casi siempre presente en las muestras de alimentos, y los niños mostraron los niveles más altos de exposición. Se desarrolló un método analítico novedoso para detectar micotoxinas y pesticidas en orina mediante un proceso de extracción líquido-líquido por salado (SALLE). Este método, aplicado a muestras de orina de voluntarios en una intervención dietética orgánica, reveló que se detectaron cuatro micotoxinas y siete pesticidas en más del 25 % de las muestras. El DON y el metabolito de pesticida dietilfosfato (DEP) fueron los más frecuentemente encontrados. Se observaron correlaciones positivas entre micotoxinas y metabolitos de pesticidas, lo que sugiere interacciones entre estos contaminantes. La intervención de dieta orgánica sugirió posibles reducciones en ciertos niveles de micotoxinas, aunque se necesita más investigación con tamaños de muestra más grandes. Otro estudio midió los metabolitos del BPA y los biomarcadores de esteroides en la orina, encontrando correlaciones entre el BPA y otros químicos. El cambio a una dieta orgánica condujo a un aumento en el sulfato de BPA y cambios en los biomarcadores de esteroides, lo que subraya las complejas interacciones entre la dieta y la exposición química. El consumo de ciertos alimentos, como cereales y vegetales de raíz, se correlacionó con niveles más altos de BPA. En resumen, esta investigación confirma que la exposición humana a mezclas complejas de micotoxinas, pesticidas y BPA es común a través de la dieta, lo que subraya la necesidad de una evaluación de riesgos integral y de estrategias de intervención.

Human exposure to chemical contaminants, primarily through diet, is a growing concern. Mycotoxins, such as deoxynivalenol (DON) and enniatin B (ENNB), produced by Fusarium species, are prevalent in cereal-based foods and pose significant health risks. Other synthetic chemicals such as pesticides, widely used in agriculture to prevent fungal growth among other uses, and food container plastics like bisphenol A (BPA), are emerging threats in food safety. Their use on food (pesticides) or food containers (BPA). Using pesticides in farming to stop fungus growth increases exposure to harmful substances. Chemicals like bisphenol A (BPA), found in plastics used for food packaging, can also be dangerous. Despite the evidence supporting a widespread these chemicals in the food chain, their co-exposure patterns are not well understood. This thesis aimed to assess exposure to mycotoxins and co-exposure with synthetic contaminants in Spain and Catalonia. To this end, two dietary modeling studies were conducted to evaluate the exposure and co-exposure to DON and ENNB. In order to assess, the co-exposure of mycotoxins with pesticides and BPA, we applied novel mass-spectrometry multidetection methods in a pilot study replacing conventional food with organic alternatives. In the dietary studies, liquid chromatography-tandem mass spectrometry was used to analyze DON and ENNB in commonly consumed cereal-based foods. Consumption data from Catalonia and Spain surveys were integrated with contamination data using deterministic and probabilistic methods to characterize the exposure. Results showed that DON is common in cereals consumed in Spain, with higher exposure among children. Bread and pasta were major contributors to DON exposure, indicating a need for targeted intervention strategies. ENNB was nearly ubiquitous in food samples, and children showed the highest exposure levels. A novel analytical method was developed to detect mycotoxins and pesticides in urine using a salting-out liquid-liquid extraction (SALLE) process. This method, applied to urine samples from volunteers in an organic diet intervention, revealed that four mycotoxins and seven pesticides were detected in more than 25% of samples. DON and the pesticide metabolite diethylphosphate (DEP) were most frequently found. Positive correlations between mycotoxins and pesticide metabolites were observed, suggesting interactions between these contaminants. The organic diet intervention suggested potential reductions in certain mycotoxin levels, though further research with larger sample sizes is needed. Another study measured BPA metabolites and steroid biomarkers in urine, finding correlations between BPA and other chemicals. Switching to an organic diet led to increased BPA sulfate and changes in steroid biomarkers, highlighting the complex interactions between diet and chemical exposure. Consumption of certain foods, such as cereals and root vegetables, correlated with higher BPA levels. In summary, this research confirms that human exposure to complex mixtures of mycotoxins, pesticides, and BPA is common through diet, emphasizing the need for integrated risk assessment.