Patulin, main mycotoxin of the apple industry : regulation of its biosynthetic pathway and influence of processing factors in cloudy apple juice production

par Christelle El Hajj Assaf

Thèse de doctorat en Pathologie, Toxicologie, Génétique et Nutrition

Sous la direction de Olivier Puel et de Els Van Pamel.

Le président du jury était Isabelle Oswald.

Le jury était composé de Olivier Puel, Els Van Pamel, Isabelle Oswald, Bart Huybrechts, Nadia Ponts, Sabine Galindo, Jean-Denis Bailly.

Les rapporteurs étaient Bart Huybrechts, Nadia Ponts.

  • Titre traduit

    Patuline, principale mycotoxine de la filière pomme : élucidation de sa voie de biosynthèse et développement d'approches préventives


  • Résumé

    Parmi les maladies affectant les pommes, la moisissure bleue causée par Penicillium expansum est une préoccupation majeure. Elle cause des pertes de rendement et de qualité dues également à la production de mycotoxines telles que la patuline (PAT) et la citrinine (CIT). La PAT est la plus alarmante en raison de ses propriétés cytotoxiques, génotoxiques et immunosuppressives.L'Union européenne (UE) a établi des réglementations spécifiques pour protéger la santé des consommateurs et des niveaux maximaux de 50 g / kg sont fixés pour les jus de fruits et les produits dérivés, 25 g / kg pour les purées de pommes et les compotes et 10 g / kg pour les aliments destinés aux bébés et aux jeunes enfants. En dépit de ces mesures, la PAT continue à être présente dans les aliments et / ou les boissons commerciaux, dépassant parfois les limites maximales. Des recherches supplémentaires sont par conséquent nécessaires pour minimiser la contamination des produits alimentaires par cette mycotoxine et son champignon producteur. Bien que la plupart des études sur P. expansum soient essentiellement centrées sur la PAT, le génomede ce champignon présente d'autres clusters de métabolites secondaires (SM) prédits dont certains peuvent être associés à des métabolites potentiellement toxiques. Afin de contrôler la synthèse de SM, l'étude des facteurs de transcription globaux régulant leur production est essentielle. Dans une première partie, le gène veA, appartenant à la famille des protéines du complexe velvet, a été caractérisé et son impact sur le développement du champignon, sa virulence et son métabolisme secondaire a été élucidé. La délétion de ce gène a conduit à une réduction de la production de PAT et de CIT et à une diminution de l'expression de leurs clusters de gènes. VeA a également un impact global sur le métabolisme secondaire, puisque 15 des 35gènes de structure présentent une régulation différentielle sur les milieux testés. Dans une deuxième partie, l’influence de l’acide ascorbique (AA) sur la concentration de PAT dans le jus de pomme trouble a été étudiée à la fois en laboratoire et en milieu semi-industriel. Une méthodologie analytique séparant la PAT et d'autres composés générés au cours de la réaction aété optimisée. Les conditions optimales d'action de l’AA sur la PAT ont été analysées. De plus,nous avons identifié des produits de dégradation moins toxiques que la PAT et résultant du traitement par l’AA. Pour conclure, cette thèse se rattache à la gestion des risques de la PAT dans le secteur des fruits ; elle apporte des connaissances et des améliorations significatives tant sur le plan fondamental que sur le plan pratique. Ces avancées résident principalement dans la description d'une souche mutée de P. expansum moins toxique que celle naturellement retrouvée dans la nature, et décrivant un additif alimentaire améliorant les qualités de nombreux produits transformés et diminuant la concentration de PAT en générant des composés moins toxiques.


  • Résumé

    Among diseases affecting apples, blue mould caused by Penicillium expansum is a major concern. It causes yield and quality losses, as well as food safety issues due to the production of mycotoxins such as patulin (PAT) and citrinin (CIT). PAT is the most worrying one and has cytotoxic, genotoxic and immunosuppressive properties. The European Union (EU) has established specific regulations to protect the consumer’s health and maximum levels of PAT of 5 g/kg is set for fruit juices and derived products, 25 g/kg for apple purees and compotes and 10g/kg for food intended for babies and young children. However, PAT is still found in commercial food and/or beverage products, sometimes exceeding the maximum limits and more research is needed to minimize contamination of food products by this mycotoxin and its fungus. Even though most studies on P. expansum have focused on PAT itself, the genome of this fungus exhibits other predicted secondary metabolite (SM) clusters, some of which may be associated with potentially toxic metabolites. In order to control the synthesis of SMs, the study of global transcription factors regulating their production is essential. In a first part, the veA gene, belonging to the velvet family, was characterised and its impact on the development of the fungus, its virulence and its secondary metabolism was elucidated. The disruption of this gene led to the failure in PAT and CIT production and a decrease in the expression of their gene cluster. It also revealed a global impact on the secondary metabolism, as 15 of 35 backbone genes showed differential regulation on the media tested. In a second part, the influence of ascorbic acid (AA) on the concentration of PAT in cloudy apple juice was studied on both lab and semi-industrial scale. An analytical methodology separating PAT and other compounds generated during the reaction was optimized. Optimal conditions of action of AA on PAT were studied. In addition, degradation products less toxic than PAT and resulting from AA treatment were identified. To conclude, this thesis is part of the risk management of PAT in the fruit sector; it provides significant improvements at both fundamental and practical levels. These advances are mainly characterized by the description of a mutated strain of P. expansum that is less toxic than that naturally occurring in nature, and the description of a food additive that improves numerous products qualities and affects PAT concentration, thusgenerating less toxic compounds


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