微生物及生物酶对脱氧雪腐镰刀菌烯醇生物转化------微生物转化作用方式(2)

时间:2021-12-21    点击:146

DON的C12,13环氧基团被认为是导致DON毒性必不可少的基团。 动物的肠道和瘤胃微生物可代谢DON形成去环氧化合物DOM-1,在暴露于DON的猪、牛和羊的血浆或排泄物中均发现。

早在1997年Binder等在奶牛瘤胃液中通过富集培养程序分离到1株真杆菌属(Eubacterium sp.)菌株BBSH797,该菌可在厌氧条件下转化DON及6种A型单端孢霉烯族毒素。随后Fuchs等采用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS )和液相色谱-离子束接口-质谱联用技术(LC-PB-MS)确定DOM-1是菌株BBSH797降解DON的产物。从鸡肠道中分离到的伊格尔兹氏菌属(Eggerthella sp.)菌株DII-9、芽孢杆菌属(Bacillus sp.)菌株LS100、梭菌属(Clostridium sp.)菌株WJ06和史雷克氏菌属(Slackia sp.)菌株D-G9均可在厌氧条件下将DON转化为DOM-1

由于从动物胃肠道中分离到的细菌需在严格厌氧条件下才能发挥将DON转化为DOM-1的作用,这在一定程度上限制了其在实际生产中的应用。为了扩大菌种资源,一些来自土壤的微生物混合物可在有氧条件下对DON进行去环氧化作用。He等在麦田土壤中分离到具有DON去环氧功能的混合菌群PGC-3,经16S rDNA测序发现该菌群由10个属构成,其中脱亚硫酸杆菌属(Desulfito bacterium sp.)在去环氧化过程中可能发挥了重要的作用,之后对该混合菌群进行分离纯培养,得到脱亚硫酸杆菌属细菌PGC-3-9,可将DON完全转化为DOM-1。

DON的C3位上的羟基被认为在DON的毒性中发挥了重要的作用,羟基可被多种微生物氧化从而产生3-keto-DON。具有C3位羟基氧化作用的菌株大多分离于土壤中Shima等通过土壤细菌富集培养程序获得菌株根瘤农杆菌(Agrobacterium-Rhizobium)E3-39可氧化DON C3位上的-OH基团产生3-keto-DON。Wang等从麦田土壤中分离到菌株德沃斯氏菌(Devosiainsulae)A16可在有氧条件下将DON转化为3-keto-DON。除德沃斯氏A16外,德沃斯氏菌(Devosia sp.)ANSB714也可高效转化DON生成3-keto-DON。He等在麦田土壤中分离到的鞘氨醇单胞菌(Sphingpmonas sp.)S3-4可将DON氧化为3-keto-DON,但在该反应体系中3-keto-DON仅为中间产物,最终产物为3-epi-DON。除在土壤中分离DON转化菌外Zhang等在海水中筛选到1株能够将DON转化为3-keto-DON的耐盐海杆菌(Pelagibacterium halotolerans)ANSP101。

DON的C3位羟基经异构化后生成3-epi-DON,3-epi-DON是DON的差向异构体。Ikunaga等从麦田土壤中首次分离到具有DON差向异构化能力的菌株类诺卡氏菌属(Nocardioides sp.)菌株WSN05-2 Wang等从麦田土壤中分离到菌株Paradevosia shaoguanensis DDB001可将DON转化为3-epi-DON。具有DON差向异构化能力的菌株 大多分离于土壤中。除此之外,Qu等从母乳中分离到鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)SHA113也可将DON转化为3-epi-DON 据报道,分别从麦田土壤和苜蓿土壤中分离得到的鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas sp.)S3-4、德沃斯氏菌(Devosia sp.)D6-9和德沃斯氏菌(Devosia sp.)17-2E-8均可通过两步反应将DON转化为3-epi-DON,DON首先被氧化为3-keto-DON,3-keto-DON进一步被还原为3-epi-DON。但在菌株WSN05-2、DDB001和SHS113的催化过程中,均没有检测到3-epi-DON的存在,原因可能是菌株将DON氧化为中间产物3-keto-DON后,中间产物迅速被还原为 3-epi-DON,使得中间产物3-keto-DON不积累,因此没有检测到3-keto-DON;也可能是存在其他转化途径,即DON可直接被差向异构为3-epi-DON。

C16甲基的羟基化作用是指DON的C16甲基经羟基化生成16-HDON的过程。目前有1株鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas sp.)KSM1被报道具有C16羟基化作用,该菌株分离自日本湖泊的淡水样品,在需氧条件下可同时催化DON和雪腐镰刀菌烯醇(nivalenol,NIV 生物转化,其中DON被转化为 16-HDON。

C3羟基的糖基化作用是指DON的C3位羟基经糖基化后生成D3G的过程。植物自身为降低DON产生的毒性可通过自身防御机制形成DON功能化共轭形式,其中C3位羟基糖基化和乙酰化是植物防御机制对DON的解毒形式。作为解毒方式之一,DON可在植物体内经酶的作用进行生物转化形成D3G。研究还发现,一些霉菌也可对DON发生类似的转化作用。Tina等将木霉(Trichoderma)与禾谷镰刀菌(F.graminearum)混合培养,结果表明木霉对禾谷镰刀菌的菌丝生长和霉菌毒素的产生均有明显的抑制作用,且在反应体系中检测到 D3G,推测霉菌菌株在与禾谷镰刀菌竞争时产生类似植物的自我保护机制将DON转化为D3G。

动物试验结果均表明具有DON生物转化能力的真杆菌属菌株BBSH797 、芽孢杆菌属(Bacillus sp)菌株LS100、梭菌属(Clostridium sp.)菌株WJ06和德沃斯氏菌属(Devosia sp.)等菌株能够显著降低DON对试验动物带来的毒性作用。李笑樱对从土壤中筛选到的德沃斯氏菌ANSB714进行毒理学和安全性评价,确认该菌株无毒,之后在小鼠和生长育肥猪上的饲养试验结果均表明菌株ANSB714可明显缓解饲料中DON对动物的毒副作用。青年母猪饲养试验结果表明,在含DON和ZEN霉变饲料中添加由DON转化菌德沃斯氏菌ANSB714和ZEN转化菌枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)ANSB01G组成的霉菌毒素生物降解剂,可减少2种毒素对母猪生长性能、免疫功能及生殖器官和组织产生的不利影响。将黄曲霉毒素B1(AFB1)转化菌枯草芽孢杆菌ANSB060、ZEN转化菌枯草芽孢杆菌ANSB01G和DON转化菌德沃斯氏菌ANSB714复配成霉菌毒素生物降解剂(mycotoxin biodegradation agent,MBA),试验结果证实MBA可缓解自然霉变饲料(含AFB1、ZEN和DON)对小鼠造成的毒性作用,消除小鼠肾脏中DON的残留。梭菌属细菌WJ06的添加可缓解采食DON污染饲料引起的生长猪生长性能下降,肝脏、肾脏器官指数增加,肠道屏障的完整性受损等毒性作用,且梭菌属细菌WJ06还可调节生长猪的肠道微生态环境。Li等探究了DON转化菌芽孢杆菌LS100处理后的DON污染饲料对猪的作用效果,结果表明芽孢杆菌LS100可消除DON对猪的毒副作用,且单独添加芽孢杆菌LS100对猪消化吸收能力无影响,表明芽孢杆菌LS100是一种安全的微生物。



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