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1、1微生物降解霉菌毒素的研究进展张高娜，张建梅，谷巍（山东宝来利来生物工程股份有限公司，山东 泰安 271000）摘 要：霉菌毒素（mycotoxin）是霉菌在生长过程中产生的次级代谢产物，具有高毒性和强致癌性，对畜牧业生产造成严重的危害。本文就畜牧生产过程中常见的几种霉菌毒素的种类、毒性机理及生物脱毒等方面作一综述。关键词：霉菌毒素；微生物；生物降解；毒性机理Research Progress on microbial degradation of the mycotoxinZhang Gao-na Zhang Jian-mei Gu Wei(Bora Lee Shandong to bio-
2、engineering Co., Ltd., Taian, Shandong, 271000)Abstract: Mycotoxin are fungal secondary metabolites produced in the process of growth, highly toxic and carcinogenic, caused serious harm to the livestock production. In this paper, livestock production process of several common species of mycotoxins,
3、toxic mechanism and biological detoxification of reviewed.Key words: mycotoxin; microorganism; biodegradation; toxic mechanism1.引言霉菌毒素是由霉菌产生的次生代谢产物，分子量在几百到几千道尔顿，没有抗性，但有热稳定性，不因加热而被破坏。因物理和化学的去毒方法存在一些弊端，故生物降解法作为一种安全、高效、环保的方法倍受畜牧生产者的关注。霉菌种类繁多，其有毒代谢物也具有多样性，现已知的霉菌毒素就有 200 多种。本文就在动物生产过程中，常见霉菌毒素的种类、毒性机理及生物脱
4、毒等方面进行了综述。2. 霉菌毒素的种类、结构特征和产生条件2.1 霉菌毒素的种类霉菌毒素是霉菌在生长过程中产生的次级代谢产物，特别是曲霉菌、镰刀霉、青霉菌、链格孢菌等真菌产生。这些霉菌毒素是由几百种化学成分不同的有毒化合物组成，目前已发现有 33 属 164 种霉菌产生 200 多种霉菌毒素 1，其中最常见的霉菌毒素有黄曲霉毒素、赭曲霉毒素 A、单端孢霉烯、玉米赤霉烯酮和伏马菌素。2.2 霉菌毒素的结构特征霉菌毒素大致可分为三种结构：(1)刚性共面苯环结构，如黄曲霉毒素； (2)部分共面结构，如玉米赤霉烯酮和赫曲霉毒素；(3)没有共面的倍半萜烯结构，如呕吐毒素和 T-2 毒素。2在这三种结构
5、中，第一种毒素最容易被吸附，第二种次之，第三种较难被吸附。2.3 霉菌毒素的产生条件霉菌是一种多细胞微生物，可通过种子或孢子两种形式繁衍后代。在条件较好的情况下，以种子形式繁衍；在条件不适宜时，以孢子形式繁衍。一种霉菌可以产生多种不同的霉菌毒素，相反，不同的霉菌可以产生一种相同的霉菌毒素。霉菌毒素的产生条件为：营养物质、氧气、水分和温度。任何碳水化合物都可作为霉菌的营养来源。在养殖生产中，动物饲料及其原料都是霉菌最佳的营养来源。当空气中的含氧量在 1%以上，湿度达 75%时，霉菌就能从空气中摄取所需的氧气和水分进行生长。霉菌及其孢子可以在很大的温度范围内生长，其最适生长温度为：25-35。3
6、霉菌毒素的毒性机理3.1 抑制蛋白质、DNA 和 RNA 的合成黄曲霉毒素和玉米赤霉烯酮毒素能够抑制蛋白质、DNA 和 RNA 的合成，从而导致细胞周期紊乱，使丙二醛的浓度增加。此外，黄曲霉毒素还能直接作用于核酸合成酶，抑制 mRNA 的合成，进一步抑制 DNA 的合成。研究表明，AFB 1 被细胞色素 P450（CYP450）酶氧化成代谢物 AFB1-8、9- 环氧化合物，其与鸟嘌呤 N7 共价结合，在目标细胞中形成 AFB1-N7-鸟嘌呤化合物，从而使核苷酸上的 G 被 T 取代，DNA 被修复、损伤、突变，最后导致癌变 2。庄振宏 3等（2010）采用双向电泳和质谱分析等方法分析了 AF
7、B1 对小鼠肝脏蛋白表达的影响。结果表明，AFB 1 不仅使小鼠逐渐消瘦，肝脏组织出现病变，还能诱导或抑制肝脏部分蛋白的表达。霍星华等 4(2008)研究认为，DON 具有很强的细胞毒性，不仅对生长较快的细胞有损伤作用，还对蛋白质的合成有抑制作用。3.2 改变细胞膜结构，诱导细胞凋亡有研究报道，肠道粘膜吸收功能减弱的主要原因是霉菌毒素抑制了蛋白质的合成和诱导了肠道细胞的凋亡。梁梓森等 5（2009）研究表明，玉米赤霉烯酮能显著抑制离体培养小鼠胸腺细胞和脾淋巴细胞的增殖，并能显著促进它们的凋亡。霉菌毒素可通过改变一些抗氧化剂的浓度和抗氧化酶的活性，来诱发细胞的过氧化反应。玉米赤霉烯酮对卵巢颗粒细
8、胞的致毒机理可能是通过引发膜中多不饱和脂肪酸（PUFA）的脂质过氧化作用，并形成脂质过氧化物（如 MDA） ，而脂质过氧化作用最终能导致很多脂类分解产物的形成，其中一些产物能引起细胞代谢和功能障碍，甚至死亡，同时，氧自由基还能通过脂氢过氧化的分解产物引起细胞损伤 6。3.3 竞争受体的结合位点3玉米赤霉烯酮及其代谢产物的作用机制就是与雌激素竞争受体。ZEN 具有类雌激素作用，可与子宫内雌激素的受体不可逆结合，从而影响动物的生殖生理 7。3.4 影响鞘脂的代谢伏马毒素的作用机制很复杂，但其最主要的作用机制是通过抑制鞘氨醇 N-酰基转移酶，打破血清、肝、肾中二氢鞘氨醇（Sa）与鞘氨醇（So）之间的
9、平衡，进而影响鞘脂的代谢8。有研究者曾将不同浓度的伏马毒素添加到鸭子日粮中，研究其对神经酰胺合酶活性的影响。结果表明：伏马毒素 B1 抑制了神经酰胺合酶的活性，诱导鞘脂代谢的中断，且在低添加浓度时这种抑制作用就已表现出来。3.5 免疫损伤和大脑神经化学的改变霉菌毒素不仅能破坏或抑制动物的免疫机能，降低动物对疾病的抵抗力，还能影响大脑神经化学的改变。最常见的症状是大脑局部性 5-羟色胺浓度上升，导致动物行为发生变化。4 霉菌毒素的微生物脱毒4.1 酵母发酵去除霉菌毒素在 20 世纪 80 年代，人们就发现了酵母发酵去除霉菌毒素的方法。Bennet 等 9将被玉米赤霉烯酮污染的玉米用来发酵生产酒精
10、，研究发现在所得的酒精中并没有霉菌毒素，而发酵剩余的酒糟中却仍然具有玉米赤霉烯酮的毒性。有研究报道，一些微生物（酵母、霉菌、细菌）可将玉米赤霉烯酮转化为 -玉米赤霉烯醇和 -玉米赤霉烯醇。因为 - 玉米赤霉烯醇和 -玉米赤霉烯醇仍然具有生殖毒性，所以这种转化并不能认为是一种脱毒过程 10。在某些情况下，酵母对霉菌毒素的影响可能与酵母细胞壁表面的葡甘聚糖有关。酵母或酵母的细胞壁成份可作为霉菌毒素的吸附剂使用。在酵母的细胞壁上有多糖、蛋白质和脂类，这些物质对毒素的吸附是通过氢键、离子键和疏水作用力等实现的。酵母细胞壁对毒素的吸附能力要明显强于酵母的全成份，这说明酵母细胞壁的特殊结构对霉菌毒素具有很
11、强的吸附能力。有研究表明，酵母细胞壁可以在 10min 内吸附玉米赤霉烯酮达2.7mg/g。此外，酵母在发酵过程也可能对霉菌毒素有直接的降解作用。有人曾用 3 种不同的酵母菌株发酵添加了褚曲霉毒素 A 和伏马菌素 B1 和 B2 的基质，结果三种毒素分别下降了 13%、28% 和 17%。4.2 非产毒霉菌发酵去除霉菌毒素国外学者在研究韩国发酵豆制品时，发现在整个豆制品发酵过程中约有 20 种霉菌参与，其中优势菌为米曲霉、青霉、毛霉和根霉。在块状发酵阶段（发酵的前 3-4 周） ，黄曲4霉毒素 B1 和 G1 的含量明显增加；而在盐水浸泡发酵阶段，黄曲霉毒素则被迅速降解；在盐水浸泡发酵阶段 2
12、 个月后，黄曲霉毒素的含量降到最初的 10%-20%，到第 3 个月时已被完全降解。曲霉菌可以产生赭曲霉毒素 A（OA） ，但也有一部分非产毒曲霉菌却可以降解 OA。有人曾对 70 株曲霉进行了研究，发现有一株 A.japonicus 和两株 A.niger 可以降解或部分降解 OA。在对 A.niger CBS 120.49 株的研究中发现，它在液体培养基中分解 OA 较慢，OA 可以在 7d 内全部转化为毒性较低的化合物赭曲霉毒素 。赭曲霉毒素 的量在发酵前 6d 逐渐增加，但在随后的 10d 培养中被进一步降解至痕量；而在固体培养中，OA 的降解速度要快得多，OA 含量可在 2d 内降解
13、到初含量（ 500ng/mL）的 20% 以下，而5d 内 OA 就可全部转化为赭曲霉毒素 。有人也对根霉属的菌株进行了研究，发现在根霉属的菌株中并没有可以降解黄曲霉毒素的菌株，但部分根霉菌株却可以降解赫曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和棒曲霉毒素。4.3 细菌降解霉菌毒素在许多研究中，发现细菌对霉菌毒素的脱毒作用，如黄杆菌属的 Flavobacterium aurantiacum 可以去除玉米、花生、牛奶及植物油中的黄曲霉毒素；丁酸弧菌属的Butyrivibrio fibrisolvens 可以降解包括 OA 在内的多种霉菌毒素。此外，降解 OA 的细菌还有乳酸杆菌、链球菌及双岐杆菌和不动杆菌属的 A
14、cinetobacter calcoaceticus。国外学者曾对黄杆菌属的 Flavobacterium aurantiacum 降解霉菌毒素 B1 的机理进行了研究，发现无论是活的黄杆菌细胞还是死的黄杆菌细胞均可吸收毒素。活的黄杆菌细胞通过化学作用的方式降解霉菌毒素 B1，而死的黄杆菌细胞则通过物理吸附的方式去除部分霉菌毒素 B1。李志刚等 11（2003）研究证实，乳酸菌-黄曲霉素复合体无论是乳酸菌在存活状态还是灭活状态，与自由黄曲霉毒素的回复突变无显著差异。黄曲霉毒素 B1 结合在乳酸菌细胞上，形成黄曲霉毒素 B1-乳酸菌复合物，不仅能阻止黄曲霉毒素 B1 在动物体内的吸收，还更易排出
15、体外，从而减少黄曲霉毒素 B1 在动物体中的量。4.4 与霉菌毒素脱毒有关的酶目前，有关霉菌毒素脱毒酶的研究还比较少，但已有人在玉米赤霉烯酮的脱毒研究中，发现螺旋聚孢属中的 C lonostachys rosea 可将玉米赤霉烯酮转化为另一种毒性较低的化合物，而其中起作用的是一种水解酶 lactonohydrolase。此外，还有研究者在 2001 年从 Armillariellatabescens 菌中分离出一种可以脱除黄曲霉毒素 B1 毒性的黄曲霉毒素脱毒酶 Afeatoxin detoxifizyme。在该酶的作用下，可显著降低饲料中黄曲霉毒素的含量。55 结语霉菌毒素污染范围广，危害程
16、度大，给养殖生产带来严重影响。利用微生物对霉菌毒素进行生物脱毒是一种安全、高效的方法。目前，对霉菌毒素生物脱毒的研究主要集中在对单一毒素菌株的筛选，而对具有高活性同时又能降解多种毒素的菌株研究较少。因此，在未来的研究中可以采用 16SrDNA 技术分离纯化具有降解多种霉菌毒素的微生物，克隆编码霉菌毒素降解酶基因，应用现代分子生物学方法及基因工程手段将活性高的解毒酶基因进行克隆和高效表达，最终实现规模化生产，从而有效解决霉菌毒素对畜牧生产造成的危害。参考文献：1 计成.霉菌毒素与饲料食品安全M.2007:19.2 Hussein H S, Brasel J M. Toxicity, metabolism, and impact of mycotoxins on humans and animalsJ. Toxicology, 2001, 167(2):101-134.3 庄振宏,黄缘缘,张 峰,等.黄曲霉毒素 B1 对小鼠肝脏蛋白质组影响的初步研究
