基本介紹
- 中文名：脫毒微生物
- 外文名：Detoxification microorganism
- 過程：對生物毒素進行脫毒的過程
- 毒素舉例：赭麴黴毒素，黃麴黴毒素等
- 微生物：細菌，真菌等
- 領域：生物學領域
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脫毒微生物對赭麴黴毒素的脫毒作用
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注。生物脫毒是指通過生物代謝或者酶促反應降解毒素或者修飾毒素分子而達到脫毒的目的，並且以其環境友好、對營養物質無損傷，高效低毒、特異性強，污染小、快速等特點已成為目前的研究熱點。
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製劑完成吸附、分解黴菌毒素的作用。真菌毒素的脫毒研究，以AF為例，選擇的微生物包括黴菌、酵母菌和細菌。脫毒微生物在科學角度上要符合以下條件：能夠脫除毒素或可控吸附毒素；抑制黴菌生長使之不能合成新的毒素；該微生物本身是安全的；具有進行農業產品的可工業化套用前景。如何選擇合適的微生物菌株以及明確脫毒機理成為學者主要的探索領域。
選擇黴菌作為OTA生物脫毒菌株的研究較多。Varga選擇穀物中根霉（Rhizopus）、黑麴黴（A. niger）體外降解OTA（7.5μg/mL），表明不同培養基會影響其降解，根霉在天然培養基上降解效果更好。Hend Bejaoui從葡萄及其製品上選擇多株黑麴黴群菌株體外降解OTA（5μg/mL），發現天然葡萄汁中的黑麴黴能降解OTA，降解產物為無毒的OTα，後期檢測發現可能其異香豆素環也被打開了，該反應是如何進行的使很多科學家著迷。2002-2007年，Abrunhosa經過多年研究並製取了黑麴黴的粗酶液，純化獲得OTA水解酶。他發現不同解毒菌種OTA代謝產物有所不同，初步確定以羧肽酶類水解酶為主要功能酶，Abrunhosa研究課題的另一優勢是黑麴黴屬於公認的食品級安全菌株（generally recognized as safe，GRAS），該選擇考慮未來的開發利用。其它有助於OTA降解的微生物有很多種，青黴、根霉、毛霉也能降解OTA，產生的主要是水解酶類解毒酶。目前為止，黴菌OTA解毒研究已有一定的成果，部分解毒酶已經提純並鑑定。目前AF解毒酶、鐮刀毒素解毒酶的分子生物學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。
根據脫毒微生物需要滿足的條件，部分酵母菌也被選擇進行OTA生物脫毒研究。學界普遍認為，酵母菌株對黴菌毒素的脫除作用可能與酵母細胞壁的聚糖類物質（葡聚糖、甘露聚糖、甘露寡聚糖）相關，酵母或酵母細胞壁成分可作為黴菌毒素吸附劑，其商業化產品（EGM，商品名：霉可吸）用於飼料脫毒，但與OTA的結合率僅為12.49%。Böhm篩選到3株酵母屬（Trichosporon）菌株，用於脫除培養基質中的外源OTA，沒有檢測代謝物質的變化。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，發現有降解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株紅髮夫酵母菌（Phaffia rhodozyma），發現其在一定條件下可以將OTA轉化為OTα，似乎在OTA添加量比較多的時候才體現出降解功能。2013年，Piotrowska等發現啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）可以降低葡萄酒中的OTA達到85%，培養基因素彰顯重要。目前酵母菌研究表明除吸附作用外，可能會顯現出一些其他有效套用價值，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/細菌進行OTA生物脫毒研究是一個新的領域。OTA細菌脫毒研究源於瘤胃微生物，細菌對OTA的降解使草食性瘤胃動物免於OTA中毒，且體外降解發現瘤胃微生物脫除OTA的主要功能微生物就是細菌，繼而擴展到對小鼠腸道菌群及人的腸道菌群進行脫毒菌株的研究，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/細菌進行OTA生物脫毒研究是一個新的領域。OTA細菌脫毒研究源於瘤胃微生物，細菌對OTA的降解使草食性瘤胃動物免於OTA中毒，且體外降解發現瘤胃微生物脫除OTA的主要功能微生物就是細菌，繼而擴展到對小鼠腸道菌群及人的腸道菌群進行脫毒菌株的研究，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），儘管乳酸菌能夠消減低至0.05mg/L的外源OTA，卻檢測不到OTα產物，雖然有研究表明乳酸菌對AFB1的脫毒作用為生物降解，但目前大多數學者認為乳酸菌對OTA主要作用機理是一種吸附作用，這大大限制了乳酸菌在食品/飼料領域的套用範圍。2011年，Hector Rodriguez研究發現短桿菌屬（Brevibacterium）內的7個菌株都有體外高效降解OTA的能力。2014年，Luís又在杜羅酒中發現了一種小片球菌（Pediococcus parvulus），能夠將OTA降解為OTα，達到脫毒目的。
另一個大的主要類群就是芽孢菌（Bacillus），細菌中只有乳酸菌和芽孢菌的一些菌株屬於食品級安全菌株（GRAS）。目前發現的地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）、蘇雲金芽孢桿菌（B. thuringiensis）、枯草芽孢桿菌（B. subtilis）和凝結芽孢桿菌（B. coagulans）具有脫除OTA的能力。最早在2000年，文獻報導芽孢桿菌對OTA有解毒作用，將凝結芽孢桿菌、酵母菌和乳酸菌分別進行真菌毒素脫毒研究，凝結芽孢桿菌可以脫除68%的OTA（0.05mg/L），枯草芽孢桿菌脫除35%。2004年，1株蘇雲芽孢桿菌平板抑菌試驗中，抑制葡萄源炭黑麴黴（A. niger）生長，通過控制黴菌生長減少黴菌侵染，達到減少食品中OTA含量的目的。2008年從泰國的產酮大豆發酵食品（Thua-nao）上分離到23株芽孢桿菌，採用固體和液體培養基的方法降解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鑑定為地衣芽孢桿菌（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理為生物降解。
脫毒微生物對黃麴黴毒素的脫毒作用
A. Hernandez—Mendoza等報導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的暴露風險。研究了在水溶液中能吸附黃麴黴毒素B1的8株乳酸桿菌的能力。另外評估了添加了膽鹽的培養基中乳酸桿菌對黃麴黴毒素B1的吸附效果。被測試的8株菌來自於不同的生境(乳酪、玉米青貯飼料、人體排泄物、發酵飲料)。這些菌株對黃麴黴毒素B，有不同的吸附能力，吸附能力最高的是L．casei L30，達到49.2%(4.6μg/mL)。一般來說，來自於人體的菌株吸附黃麴黴毒素B1最多，來自於乳酪的菌株吸附最少。在乳酸桿菌與黃麴黴毒素複合物的穩定性方面(多次洗滌)，L．casei 7R1一aflatoxin B1複合物最穩定。膽汁鹽對L．casei L30(來自於人體)菌株的抑制作用最小。膽汁鹽增加了乳酸桿菌細胞對黃麴黴毒素Bl的吸附(在不同菌株中是有差異的)，有利於減少暴露值。培養好乳酸菌後，將菌株放在水溶液中，與黃麴黴毒素髮生吸附反應。Katarzyna Slizewska等評估了微生物製劑減少黃麴黴毒素B1的基因毒索性。
脫毒微生物對玉米赤霉烯酮的脫毒作用
生物轉化脫毒法主要是通過微生物的作用將ZEN類毒素降解或轉化為無毒的產物。很多研究發現，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黴菌也具有將玉米赤霉烯酮還原為玉米赤霉烯醇的能力，此外這些菌體細胞還能催化玉米赤霉烯酮或玉米赤霉烯醇生成極性更強的葡萄醛酸結合物或磺酸苷結合物。這些葡萄醛酸結合物或磺酸苷結合物在胃腸道中很容易被酸或腸道微生物產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化都不是真正意義上的脫毒，因為轉化後的產物仍然具有較大的雌激素毒性。只有通過一些細胞毒性測試，證明ZEN的降解或轉化產物是低雌激素活性後，才可以稱為真正意義上的脫毒。泛解酸內酯水解酶解毒的推測途徑是先通過加氫還原反應，打開ZEN 12c的酯鍵，接著脫羧反應，去掉12c羧基，形成裂解產物[1一(3，5二羥苯基)一10c羥基一1c烯一6c酮]。
