黃曲霉毒素生物降解的研究進展

小蜜蜂 · 發表于 2009-7-22 11:31:50

一、黃曲霉毒素的微生物直接降解
許多微生物，包括細菌、放射菌、酵母菌、霉菌和藻類都能降解黃曲霉毒素。但是降解機理是物理吸附還是生物降解作用一直存在較大爭議。據研究報道許多有關乳酸菌菌株的研究表明其解毒機理應該是吸附作用而非降解作用。還有研究報道了乳酸菌、醋酸菌、面包酵母菌、釀酒酵母菌、米曲霉和枯草芽孢桿菌均對黃曲霉毒素有降解作用，但由于是用發酵液進行解毒實驗，所以無法確定其解毒機理是生物降解作用，還是菌體的吸附作用。
二、黃曲霉毒素的微生物代謝物的酶解降解
早在上世紀70年代末，研究者就發現了寄生曲霉能夠產生降解黃曲霉毒素B1的過氧化物酶，并報道過氧化物酶的量與黃曲霉毒素B1被降解的量之間存在著直接的關系。之后研究報道黑曲霉、寄生曲霉、綠色木霉以及少數其他真菌對黃曲霉毒素B1也有很好的降解能力。然而其中一些菌株在條件改變的情況下有可能產生黃曲霉毒素B1。
經研究者研究指出生物降解反應會通過酶解機制發生，并且這些酶的產物或副產物會與黃曲霉毒素反應。由此推測過氧化物酶正是這一種酶，因為它可以催化氫過氧化物的分解從而產生自由基，這些自由基會與黃曲霉毒素發生反應。
黃曲霉毒素的生物酶降解作用機制在后來的研究人員的一系列工作中得到了進一步的證實。首先是國內劉大嶺研究小組做了比較多的工作，并取得了顯著成果。他們發現從真菌E-2中提取的粗酶液可使樣品中的黃曲霉毒素B1含量減少高達80%。活性物質解毒作用的溫度、pH值及作用時間特征表明，粗酶液中起解毒作用的可能是某種酶（黃曲霉毒素解毒酶）。其次，陳儀本等研究發現，用黑曲霉制備的生物制劑BDA能夠降解花生油中的黃曲霉毒素，且這種活性物質的解毒作用的高效性以及對溫度、水分、時間等效應都具有生物酶的重要特征，這表明降解實質是酶促反應。考慮到酶促反應必須在水的存在下發生反應，該研究小組選擇了谷殼培養法將解毒酶固定化，從而在解決了酶制劑在含水量低的環境下難以作用的難題。隨后，有研究報道橙色黃桿菌的粗蛋白提取物在水溶液中可以降解黃曲霉毒素B1，降解率能夠達到74.5%。而用蛋白酶K將粗蛋白提取物處理后發現解毒能力降低到34.5%，這表明蛋白對黃曲霉毒素的降解機理可能是酶促反應。
研究者從假密環菌中分離出了一種可以脫除黃曲霉毒素B1毒性的黃曲霉毒素解毒酶，克隆得到其基因序列，成功轉化到畢赤酵母表達系統中，并對該酶的固定化技術進行了研究。然而以上解毒酶的理想反應條件都是中性pH值，高水分的體外反應體系，適合植物油、醬油、啤酒及牛奶等，難以在子實、餅粕等低水分飼料原料中直接應用。
研究者從白腐真菌和褐腐真菌的代謝產物中分離出了胞外解毒酶，研究了該酶解毒反應的最佳pH值和溫度，并將其純化。報道了4株具有降解黃曲霉毒素B1活性的菌。其中紅串紅球菌的胞外提出物在30℃分別與黃曲霉毒素B1混合4小時后，降解率在90％以上，8小時后基本檢測不到黃曲霉毒素B1殘留。他們還對胞外提取物在熱處理和蛋白酶K處理后進行了解毒效果測定，發現降解率降低了。因此，他們認為解毒機理是酶促反應。
三、黃曲霉毒素的微生物菌體直接吸附、代謝解毒和酶解降解的聯合作用
經研究報道紅串紅球菌的胞外粗提液與黃曲霉毒素B1作用72小時后降解率可達66.8%。而在紅串紅球菌菌細胞存在的情況下，72小時后黃曲霉毒素B1只有3%~6％的殘留。這是因為菌體對黃曲霉毒素具有吸附作用。
研究者使用14C標記黃曲霉毒素B1與橙色黃桿菌反應并對放射性物質進行追蹤和檢測。發現無論活細胞還是死細胞均能夠吸附黃曲霉毒素B1，但活細胞的吸附作用遠大于死細胞的吸附作用，并且只有活細胞釋放了被標記了的CO2，這表明一定量的黃曲霉毒素B1被菌體細胞所代謝。這種方法也為研究黃曲霉毒素B1在動物體內的代謝途徑提供了參考。此外，他們還發現從橙色黃桿菌提出的粗蛋白物質在水溶液中可以降解74.1%的黃曲霉毒素B1，而用熱處理失活的粗蛋白只能降解5.5%的黃曲霉毒素B1。用脫氧核糖核酸酶I處理粗蛋白后發現可以降解80.5%的黃曲霉毒素B1，這表明橙色黃桿菌對黃曲霉毒素的解毒并非由于與細菌DNA的非特異性結合。蛋白酶K處理后的粗蛋白可以降解34.5%的黃曲霉毒素B1，表明解毒機理有可能是酶促反應。
四、結語
以上研究均證明了黃曲霉毒素是可以通過生物酶降解作用得以去除的，并且在溫和的條件下生物酶的解毒不會產生其他有毒的化學物質，也不會損失或極少地損失飼料中的營養物質。國內研究者陳儀本（1998年）提出應用生物學方法降解黃曲霉毒素的技術關鍵在于：①篩選出能產高活性黃曲霉毒素解毒物質（主要是酶）。②在原料中創造一個有利于酶促反應的含水微環境。
因此，篩選出能夠產高效降解黃曲霉毒素的酶的菌株以及通過酶工程、基因工程等手段獲得解毒作用條件更寬的解毒酶是未來研究的方向。