[科普中國]-脫毒微生物

脫毒微生物主要指運(yùn)用生物學(xué)的方法對生物毒素進(jìn)行脫毒的過程，脫毒微生物可脫除赭曲霉毒素，黃曲霉毒素等，主要包括細(xì)菌，真菌等微生物。例如：文獻(xiàn)報道芽孢桿菌對OTA有解毒作用；乳酸桿菌可以對黃曲霉毒素有脫毒作用；某些芽孢桿菌對玉米赤霉烯酮有脫毒作用。

脫毒微生物對赭曲霉毒素的脫毒作用近年來，隨著對真菌毒素脫毒研究的深入，生物脫毒得到越來越多研究人員的關(guān)注。生物脫毒是指通過生物代謝或者酶促反應(yīng)降解毒素或者修飾毒素分子而達(dá)到脫毒的目的，并且以其環(huán)境友好、對營養(yǎng)物質(zhì)無損傷，高效低毒、特異性強(qiáng)，污染小、快速等特點(diǎn)已成為目前的研究熱點(diǎn)。

1999年，Bata和Lásztity提出微生物脫毒是利用某些特殊微生物及其代謝物制劑完成吸附、分解霉菌毒素的作用。真菌毒素的脫毒研究，以AF為例，選擇的微生物包括霉菌、酵母菌和細(xì)菌。脫毒微生物在科學(xué)角度上要符合以下條件：能夠脫除毒素或可控吸附毒素；抑制霉菌生長使之不能合成新的毒素；該微生物本身是安全的；具有進(jìn)行農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的可工業(yè)化應(yīng)用前景。如何選擇合適的微生物菌株以及明確脫毒機(jī)理成為學(xué)者主要的探索領(lǐng)域。

選擇霉菌作為OTA生物脫毒菌株的研究較多。Varga選擇谷物中根霉（Rhizopus）、黑曲霉（A. niger）體外降解OTA（7.5μg/mL），表明不同培養(yǎng)基會影響其降解，根霉在天然培養(yǎng)基上降解效果更好。Hend Bejaoui從葡萄及其制品上選擇多株黑曲霉群菌株體外降解OTA（5μg/mL），發(fā)現(xiàn)天然葡萄汁中的黑曲霉能降解OTA，降解產(chǎn)物為無毒的OTα，后期檢測發(fā)現(xiàn)可能其異香豆素環(huán)也被打開了，該反應(yīng)是如何進(jìn)行的使很多科學(xué)家著迷。2002-2007年，Abrunhosa經(jīng)過多年研究并制取了黑曲霉的粗酶液，純化獲得OTA水解酶。他發(fā)現(xiàn)不同解毒菌種OTA代謝產(chǎn)物有所不同，初步確定以羧肽酶類水解酶為主要功能酶，Abrunhosa研究課題的另一優(yōu)勢是黑曲霉屬于公認(rèn)的食品級安全菌株（generally recognized as safe，GRAS），該選擇考慮未來的開發(fā)利用。其它有助于OTA降解的微生物有很多種，青霉、根霉、毛霉也能降解OTA，產(chǎn)生的主要是水解酶類解毒酶。目前為止，霉菌OTA解毒研究已有一定的成果，部分解毒酶已經(jīng)提純并鑒定。目前AF解毒酶、鐮刀毒素解毒酶的分子生物學(xué)都有比較前沿的研究，相比較而言，OTA解毒酶的研究較少且不夠透徹。

根據(jù)脫毒微生物需要滿足的條件，部分酵母菌也被選擇進(jìn)行OTA生物脫毒研究。學(xué)界普遍認(rèn)為，酵母菌株對霉菌毒素的脫除作用可能與酵母細(xì)胞壁的聚糖類物質(zhì)（葡聚糖、甘露聚糖、甘露寡聚糖）相關(guān)，酵母或酵母細(xì)胞壁成分可作為霉菌毒素吸附劑，其商業(yè)化產(chǎn)品（EGM，商品名：霉可吸）用于飼料脫毒，但與OTA的結(jié)合率僅為12.49%。B?hm篩選到3株酵母屬（Trichosporon）菌株，用于脫除培養(yǎng)基質(zhì)中的外源OTA，沒有檢測代謝物質(zhì)的變化。Schatzmayr等研究絲孢酵母屬、紅酵母屬（Rhodotorula）和隱球酵母屬（Cryptococcus）中的酵母菌，發(fā)現(xiàn)有降解OTA（0.2mg/L）功能的1個酵母新種（Trichosporon mycotoxinivorans），且不僅僅是吸附功能。2007年，Peteri研究了1株紅發(fā)夫酵母菌（Phaffia rhodozyma），發(fā)現(xiàn)其在一定條件下可以將OTA轉(zhuǎn)化為OTα，似乎在OTA添加量比較多的時候才體現(xiàn)出降解功能。2013年，Piotrowska等發(fā)現(xiàn)啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）可以降低葡萄酒中的OTA達(dá)到85%，培養(yǎng)基因素彰顯重要。目前酵母菌研究表明除吸附作用外，可能會顯現(xiàn)出一些其他有效應(yīng)用價值，但是否具有生物降解毒素的作用還存有爭議。

選擇原生動物/細(xì)菌進(jìn)行OTA生物脫毒研究是一個新的領(lǐng)域。OTA細(xì)菌脫毒研究源于瘤胃微生物，細(xì)菌對OTA的降解使草食性瘤胃動物免于OTA中毒，且體外降解發(fā)現(xiàn)瘤胃微生物脫除OTA的主要功能微生物就是細(xì)菌，繼而擴(kuò)展到對小鼠腸道菌群及人的腸道菌群進(jìn)行脫毒菌株的研究，分離到很多體外減低OTA濃度的菌株，其中最大的類群是乳酸菌。

選擇原生動物/細(xì)菌進(jìn)行OTA生物脫毒研究是一個新的領(lǐng)域。OTA細(xì)菌脫毒研究源于瘤胃微生物，細(xì)菌對OTA的降解使草食性瘤胃動物免于OTA中毒，且體外降解發(fā)現(xiàn)瘤胃微生物脫除OTA的主要功能微生物就是細(xì)菌，繼而擴(kuò)展到對小鼠腸道菌群及人的腸道菌群進(jìn)行脫毒菌株的研究，分離到很多體外減低OTA濃度的菌株，其中最大的類群是乳酸菌（Lactic acid bacteria，LAB），盡管乳酸菌能夠消減低至0.05mg/L的外源OTA，卻檢測不到OTα產(chǎn)物，雖然有研究表明乳酸菌對AFB1的脫毒作用為生物降解，但目前大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為乳酸菌對OTA主要作用機(jī)理是一種吸附作用，這大大限制了乳酸菌在食品/飼料領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。2011年，Hector Rodriguez研究發(fā)現(xiàn)短桿菌屬（Brevibacterium）內(nèi)的7個菌株都有體外高效降解OTA的能力。2014年，Luís又在杜羅酒中發(fā)現(xiàn)了一種小片球菌（Pediococcus parvulus），能夠?qū)TA降解為OTα，達(dá)到脫毒目的。

另一個大的主要類群就是芽孢菌（Bacillus），細(xì)菌中只有乳酸菌和芽孢菌的一些菌株屬于食品級安全菌株（GRAS）。目前發(fā)現(xiàn)的地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）、蘇云金芽孢桿菌（B. thuringiensis）、枯草芽孢桿菌（B. subtilis）和凝結(jié)芽孢桿菌（B. coagulans）具有脫除OTA的能力。最早在2000年，文獻(xiàn)報道芽孢桿菌對OTA有解毒作用，將凝結(jié)芽孢桿菌、酵母菌和乳酸菌分別進(jìn)行真菌毒素脫毒研究，凝結(jié)芽孢桿菌可以脫除68%的OTA（0.05mg/L），枯草芽孢桿菌脫除35%。2004年，1株蘇云芽孢桿菌平板抑菌試驗中，抑制葡萄源炭黑曲霉（A. niger）生長，通過控制霉菌生長減少霉菌侵染，達(dá)到減少食品中OTA含量的目的。2008年從泰國的產(chǎn)酮大豆發(fā)酵食品（Thua-nao）上分離到23株芽孢桿菌，采用固體和液體培養(yǎng)基的方法降解OTA，其中有15株芽孢桿菌能夠減少OTA含量，效果最好的一株菌經(jīng)鑒定為地衣芽孢桿菌（B. licheniformis），能夠降解最高92.5%的OTA。李之佳研究了Bacillusspp.對OTA的降解作用，表明2株芽孢桿菌—Bacillussp. YB139和Bacillussp. YB140的OTA降解率分別為48.2 %和43.4 %，2株菌的活菌均能有效降解OTA，而高溫滅活菌無脫毒能力，表明這些菌株的脫毒機(jī)理為生物降解1。

脫毒微生物對黃曲霉毒素的脫毒作用黃曲霉毒素生物降解，是指黃曲霉毒素分子的毒性基團(tuán)被微生物產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物或者所分泌的胞內(nèi)、胞外酶分解破壞，同時產(chǎn)生無毒的降解產(chǎn)物的過程，毒素生物降解是一種化學(xué)反應(yīng)的過程，不是對毒素的物理性吸附作用。目前國內(nèi)外眾多研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)包括細(xì)菌、真菌及酵母菌在內(nèi)的大約上千種微生物能夠使黃曲霉毒素含量降低，但是大多研究只證明了所發(fā)現(xiàn)的微生物發(fā)酵液能顯著降低黃曲霉毒素的濃度，沒有進(jìn)一步證明這種作用是微生物的物理性吸附作用還是生物酶的生物降解作用。

A. Hernandez—Mendoza等報道乳酸桿菌通過吸附和降解食物傳播的致癌物，減少人類對這些有毒物質(zhì)的暴露風(fēng)險。研究了在水溶液中能吸附黃曲霉毒素B1的8株乳酸桿菌的能力。另外評估了添加了膽鹽的培養(yǎng)基中乳酸桿菌對黃曲霉毒素B1的吸附效果。被測試的8株菌來自于不同的生境(奶酪、玉米青貯飼料、人體排泄物、發(fā)酵飲料)。這些菌株對黃曲霉毒素B，有不同的吸附能力，吸附能力最高的是L．casei L30，達(dá)到49.2%(4.6μg/mL)。一般來說，來自于人體的菌株吸附黃曲霉毒素B1最多，來自于奶酪的菌株吸附最少。在乳酸桿菌與黃曲霉毒素復(fù)合物的穩(wěn)定性方面(多次洗滌)，L．casei 7R1一aflatoxin B1復(fù)合物最穩(wěn)定。膽汁鹽對L．casei L30(來自于人體)菌株的抑制作用最小。膽汁鹽增加了乳酸桿菌細(xì)胞對黃曲霉毒素Bl的吸附(在不同菌株中是有差異的)，有利于減少暴露值。培養(yǎng)好乳酸菌后，將菌株放在水溶液中，與黃曲霉毒素發(fā)生吸附反應(yīng)。Katarzyna Slizewska等評估了微生物制劑減少黃曲霉毒素B1的基因毒索性2。

脫毒微生物對玉米赤霉烯酮的脫毒作用生物轉(zhuǎn)化脫毒法主要是通過微生物的作用將ZEN類毒素降解或轉(zhuǎn)化為無毒的產(chǎn)物。很多研究發(fā)現(xiàn)，酵母菌中的醇脫氫酶能將ZEN還原為玉米赤霉烯醇。某些芽孢桿菌和一些霉菌也具有將玉米赤霉烯酮還原為玉米赤霉烯醇的能力，此外這些菌體細(xì)胞還能催化玉米赤霉烯酮或玉米赤霉烯醇生成極性更強(qiáng)的葡萄醛酸結(jié)合物或磺酸苷結(jié)合物。這些葡萄醛酸結(jié)合物或磺酸苷結(jié)合物在胃腸道中很容易被酸或腸道微生物產(chǎn)生的糖苷酶水解生成玉米赤霉烯酮或玉米赤霉烯醇。上面提到的這些玉米赤霉烯酮轉(zhuǎn)化都不是真正意義上的脫毒，因為轉(zhuǎn)化后的產(chǎn)物仍然具有較大的雌激素毒性。只有通過一些細(xì)胞毒性測試，證明ZEN的降解或轉(zhuǎn)化產(chǎn)物是低雌激素活性后，才可以稱為真正意義上的脫毒。泛解酸內(nèi)酯水解酶解毒的推測途徑是先通過加氫還原反應(yīng)，打開ZEN 12c的酯鍵，接著脫羧反應(yīng)，去掉12c羧基，形成裂解產(chǎn)物[1一(3，5二羥苯基)一10c羥基一1c烯一6c酮]3。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

梁志宏 - 副教授 - 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)