关键词:
AFB1
生物降解
发酵条件优化
全基因组
AFB1降解酶
摘要:
黄曲霉毒素B(Aflatoxin B,AFB)是由黄曲霉、特曲霉以及寄生曲霉等产生的一类含有双呋喃环和氧杂萘邻酮结构的次生代谢产物,是一种具有诱变、致癌、致畸、肝毒性和免疫抑制特性的强效真菌毒素。AFB常在土壤、谷物、坚果、奶制品和食用油等制品中检测到,饲料和食品暴露在高温高湿环境中极易发生污染。因此,寻找安全有效的AFB降解方法已成为目前研究的热点。AFB可以通过物理、化学和生物方法进行降解,其中生物法降解具有较高的特异性,对食品的品质危害较小,在适当的条件下甚至可以完全降解毒素。因此,生物法降解逐渐成为最合适的解毒方式。本研究从具有高效降解AFB能力菌株的筛选、鉴定入手,对该菌株发酵工艺、降解活性物质、降解产物以及降解酶基因挖掘和异源表达等方面进行研究,主要结果和结论如下:***降解菌的筛选及鉴定:本研究从不同样品中初步分离得到303株形态不同的菌株,以AFB降解率为指标进行复筛,通过复筛得到4株降解AFB能力良好的菌株,其中分离自玉米地土壤中的菌株A6的AFB降解能力最强,共同孵育72 h后,AFB降解率可以达到90.10%,将其命名为HNGD-A6,供后续实验研究。对菌株HNGD-A6进行菌株鉴定,经鉴定为巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)。2.菌株HNGD-A6发酵条件的优化:测试不同类型培养基对菌株AFB降解效果的影响,确定菌株HNGD-A6最优培养基为LB培养基。通过单因素优化得到菌株HNGD-A6最佳发酵条件为接种量0.01%、pH 8.0、温度37℃、装液量50 mL、发酵时间48 h。以发酵温度、pH、装液量为因素进行响应面试验设计,预测得到菌株HNGD-A6的最佳发酵条件为接种量0.01%、pH7.9、温度37.4℃、装液量52.2 mL、发酵时间48 h,按照最优条件,AFB降解率达到94.66%。降解AFB活性物质定位:对菌株HNGD-A6的发酵液、上清液、细胞悬液、胞内提取物分别进行AFB降解效果的测定,除去发酵液外,上清液的降解效果最佳,达到91.72%。菌株上清液经PK、PK+SDS处理后,AFB降解效果明显减弱,但热处理后降解效果几乎无变化,判断其降解活性成分为胞外蛋白质,且具有耐热性。3.降解产物的结构分析及毒理性评价:对菌株HNGD-A6上清降解AFB的降解液进行UPLC-HRMS检测,发现两个主要的降解产物,分别是P1即AFD(CHO)以及P2(CHNO)。其中P1是由AFB的主要毒性位点的内酯环打开得到的;根据P2的结构可知,AFB的三个毒性位点皆被破坏。为进一步研究降解产物的毒性,以鼠伤寒沙门氏菌TA98、TA100为试验菌株,对AFB降解产物进行Ames试验探讨其致突变性。在AFB降解72 h后,试验菌株的回复突变菌落数与AFB作用下的菌落数相比,显著降低,且试验结果呈致突变阴性,表明在降解72 h后,AFB已被大部分降解,降解产物与AFB相比,致突变性大大降低。之后以斑马鱼幼鱼为试验对象,对AFB降解产物进行斑马鱼幼鱼致畸性及肝毒性试验。通过斑马鱼幼鱼存活率试验确定了AFB诱导浓度为80 ng/mL,同时降解产物及试剂组的斑马鱼幼鱼存活率皆为100%。经AFB诱导,斑马鱼幼鱼肝脏明显萎缩,卵黄囊发育不全且有明显的发黑迹象,在形态上明显出现脊柱弯曲和尾部弯曲等致畸现象,而降解产物组与之相比并无致畸现象。通过对谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)以及乳酸脱氢酶(LDH)指标的测定,降解产物组与对照组相比并无显著差异,表明降解产物对斑马鱼幼鱼肝脏并无致毒性。4.全基因组分析及降解酶基因的挖掘:菌株HNGD-A6经过样品质量检测、文库构建、文库质量检测、文库测序和信息分析等流程后,进行全基因组测序分析,通过测序拼装得到基因组序列长度为5321281bp,其中鸟嘌呤和胞嘧啶所占的比率(ratio of guanine and cytosine,GC)为38.11%;编码蛋白总数目为5366个;tRNA基因115个,rRNA基因39个,基因组组装的完整性良好。菌株HNGD-A6在经过测序后进行通用数据库的功能注释,包括Nr、GO、KEGG等数据库。将菌株HNGD-A6的氨基酸序列进行建库后使用Blast P功能与已知AFB降解酶基因进行比对,得到五条AFB降解酶候选基因序列。采用异源重组的方法,以pET-28a(+)为载体,进行蛋白表达载体的构建。构建成功的重组载体质粒导入大肠杆菌表达菌株BL21中,使用IPTG在16℃条件下进行低温诱导,成功表达出两个候选基因。其中AttM、CueO表达出的分子量大小分别为30 kDa、57 kDa。将纯化后的AttM和CueO在不同pH、温度条件下分别与AFB共同孵育24 h后进行降解效果的测试。AttM在pH 9时AFB的