Повышение эффективности деконтаминации зерна пшеницы, загрязненного афлатоксином В1, посредством cовместного использования агентов биодеградации токсина и ингибитора его биосинтеза

Повышение эффективности деконтаминации зерна пшеницы, загрязненного афлатоксином В1, посредством cовместного использования агентов биодеградации токсина и ингибитора его биосинтеза

Автор: Воинова Т.М., Щербакова Л.А., Поплетаева С.Б., Джавахия В.Г.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Фитопатология

Статья в выпуске: 1 т.57, 2022 года.

Бесплатный доступ

Деконтаминация загрязненного микотоксинами фуражного зерна - одна из актуальных задач обеспечения пищевой безопасности сельскохозяйственных кормов. В последние годы на территории Российской Федерации все чаще фиксируются случаи значительного загрязнения фуражного зерна и других кормов афлатоксином В1 (АФВ1). Вероятность афлатоксинового загрязнения травостоя и фуражного зерна злаков, культивируемых в центральных и северных регионах страны, может в дальнейшем возрастать из-за вызванного потеплением климата расширения ареала Aspergillus flavus - основного продуцента АФВ1. К одним из перспективных методов деконтаминации зерна, загрязненного токсином, относится его биодеградация микроорганизмами-деструкторами, которые синтезируют ферменты, детоксицирующие АФВ1. Другим методом может быть обработка инфицированного аспергиллами зерна ингибиторами афлатоксигенеза. В настоящей работе впервые было показано, что обработка супернатантом культуральной жидкости Rhodococcus erythropolus АС-884 вслед за обработкой компактином практически полностью предотвращает накопление микотоксина в зараженном зерне. Цель работы - оценка эффективности снижения содержания микотоксина в зерне пшеницы, искусственно контаминированном афлатоксином В1, после обработки актинобактериями рода Rhodococcus или ингибитором афлатоксигенеза (компактином), а также при сочетании этих методов. Способность к деструкции АФВ1 была протестирована у четырех штаммов: Rhodococcus sp. AC-1260, R. erythropolus AC-1269 и АС-884, R. ruber AC-1801. С помощью количественного анализа АФВ1 методом высокоэффективной жидкостной хроматографии обнаружено, что наиболее активная деградация микотоксина происходила в освобожденном от бактериальных клеток супернатанте культуральной жидкости (КЖ) штамма АС-884. После инкубации АФВ1 (0,2 мкг/мл) в КЖ АС-884 при нейтральном рН в течение 48 ч при 30 °С были обнаружены лишь следовые количества микотоксина, в то время как в супернатантах КЖ других штаммов при тех же условиях сохранялось от 15 до 50 % внесенного АФВ1. Обработка КЖ АС-884 зерна пшеницы ( Triticum aestivum L.) сорта Дарья, искусственно загрязненного препаратом АФВ1 (1,0-5,0 мкг/г зерна), через 3 сут приводила к удалению 60 % добавленного токсина, а после использования супернатантов КЖ или клеточных суспензий штаммов AC-1260, AC-1801 или AC-1269 количество АФВ1 оставалось таким же, как в контроле. Обработка зерна супернатантом КЖ штамма АС-884 давала лучший результат, чем обработка аналогичным супернатантом другого биодеструктора - Phoma glomerata PG-41. Через 7 сут после использования компактина (0,05 мг/г) количество токсина в зараженном Aspergillus flavus А11 зерне пшеницы уменьшалось вдвое по сравнению с контролем. Через 1 сут после обработки КЖ АС-884 (0,25 мл/г) образцов зерна, на котором гриб развивался в течение 6 сут, содержание АФВ1 сокращалось почти в 3 раза. В то же время в результате комбинирования обеих обработок (компактин, 0,05 мг/г + КЖ АС-884, 0,25 мл/г) концентрация АФВ1 в экстрактах зараженного зерна снижалась более чем в 200 раз, и при этом достигалась практически полная очистка его от микотоксина. Таким образом, подход, основанный на сочетании биодеградации с ингибированием афлатоксигенеза, может обеспечивать эффективную деконтаминацию зерна, загрязненного продуцентами АФВ1, в тех случаях, когда использование ингибиторов не приводит к полному подавлению биосинтеза микотоксина.

Еще

Афлатоксин в1, корма, зерно, деконтаминация, aspergillus flavus, компактин, rhodococcus erythropolus

Короткий адрес: https://sciup.org/142234460

IDR: 142234460

Список литературы Повышение эффективности деконтаминации зерна пшеницы, загрязненного афлатоксином В1, посредством cовместного использования агентов биодеградации токсина и ингибитора его биосинтеза

  • Борутова Р., Айдинян Г. Микотоксины: беспечность недопустима. Исследования образцов кормового сырья растительного происхождения (урожай 2020 г.). Животноводство России, 2021, 4: 54-59.
  • Йылдырым Е.А., Ильина Л.А., Филиппова В.А., Солдатова В.В., Никонов И.Н., Лаптев Г.Ю., Соколова О.В., Новикова Н.И. Изучение распространения микотоксинов в силосе и разработка стратегии борьбы с ними. Кормопроизводство, 2016, 3: 41-45.
  • Танасева С.А., Босяков И.В. Мониторинг афлатоксинов в кормах из Рязанской области. Мат. межд. науч.-практ. конф., посвященной 90-летию со дня рождения профессора В.А. Киршина. Казань, 2018: 191-193.
  • Седова И.Б., Захарова Л.П., Киселева М.Г., Чалый З.А., Тутельян В.А. Фузариотоксины и афлатоксин Bi в продовольственном зерне кукурузы в Российской Федерации. Научные труды СКФНЦСВВ, 2018, 21: 129-137.
  • Мирошниченко П.В., Панфилкина Е.В., Околот М.В. Мониторинговые исследования содержания микотоксинов в кормах для крупного рогатого скота Краснодарского края. Сборник научных трудов ФГБНУ КНЦЗВ, 2020, 9(2): 109-111 (doi: 10.34617/85s8-np65).
  • Коваленко А., Солдатенко Н., Фетисов Л., Сухих Е. Микотоксикологический монторинг кормов в Северо-Кавказском регионе. Комбикорма, 2011, 3: 98-99.
  • Семёнов Э.И., Папуниди К.Х., Тремасов М.Я. Микотоксикозы в АПК: распространение, диагностика, профилактика. Режим доступа: http://soyanews.info/news/mikotoksikozy_v_apk-_rasprostranenie-_diagnostika-_profilaktika.html. Дата обращения: 14.10.2021.
  • Aflatoxins — biochemistry and molecular biology /R.G. Guevara-González (ed.). InTech, London, 2000 (doi: 10.5772/896).
  • Molecular and applied aspects of oxidative drug metabolizing enzymes /E. Arinij, J.B. Schenkman, E. Hodgson (eds.). Springer, New York, 1999 (doi: 10.1007/978-1-4615-4855-3).
  • Yang C., Song G., Lim W. Effects of mycotoxin-contaminated feed on farm animals. Journal of Hazardous Materials, 2020, 389: 122087 (doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.122087).
  • Min L., Fink-Gremmels J., Li D., Tong X., Tang J., Nan X., Yu Z., Chen W., Wang G. An overview of aflatoxin B1 biotransformation and aflatoxin M1 secretion in lactating dairy cows. Animal Nutrition, 2020, 7(1): 42-48 (doi: 10.1016/j.aninu.2020.11.002).
  • Джавахия В.Г., Стацюк Н.В., Щербакова Л.А., Поплетаева С.Б. Афлатоксины: ингибирова-ние биосинтеза, профилактика загрязнения и деконтаминация агропродукции. М., 2017.
  • Sipos P., Peles F., Brassó D.L., Béri B., Pusztahelyi T., Pócsi I., Gyori Z. Physical and chemical methods for reduction in aflatoxin content of feed and food. Toxins, 2021, 13(3): 204 (doi: 10.3390/toxins13030204).
  • Lyagin I., Efremenko E. Enzymes for detoxification of various mycotoxins: origins and mechanisms of catalytic action. Molecules, 2019, 24(13): 2362 (doi: 10.3390/molecules24132362).
  • Loi M., Fanelli F., Zucca P., Liuzzi V.C., Quintieri L., Cimmarusti M.T., Monaci L., Haidu-kowski M., Logrieco A.F., Sanjust E., Mulé G. Aflatoxin B1 and M1 degradation by Lac2 from Pleurotuspulmonarius and redox mediators. Toxins, 2016, 8(9): 245 (doi: 10.3390/tox-ins8090245).
  • Wang J., Ogata M., Hirai H., Kawagishi H. Detoxification of aflatoxin B1 by manganese peroxidase from the white-rot fungus Phanerochaete sordida YK-624. FEMS Microbiology Letters, 2011, 314(2): 164-169 (doi: 10.1111/j.1574-6968.2010.02158.x).
  • Cao H., Liu D., Mo X., Xie C., Yao D. A fungal enzyme with the ability of aflatoxin B1 conversion: purification and ESI-MS/MS identification. Microbiological Research, 2011, 166(6): 475483 (doi: 10.1016/j.micres. 2010.09.002).
  • Wu Y.Z., Lu F.P., Jiang H.L., Tan C.P., Yao D.S., Xie C.F., Liu D.L. The furofuran-ring selectivity, hydrogen peroxide-production and low Km value are the three elements for highly effective detoxification of aflatoxin oxidase. Food and Chemical Toxicology, 2015, 76: 125-131 (doi: 10.1016/j.fct.2014.12.004).
  • Krifaton C., Kriszt B., Szoboszlay S., Cserháti M., Szücs A., Kukolya J. Analysis of aflatoxin-B1-degrading microbes by use of a combined toxicity-profiling method. Mutation Research, 2011, 726(1): 1-7 (doi: 10.1016/j.mrgentox.2011.07.011).
  • Cserháti M., Kriszt B., Krifaton C., Szoboszlay S., Háhn J., Tóth S., Nagy I., Kukolya J. Myco-toxin-degradation profile of Rhodococcus strains. International Journal of Food Microbiology, 2013, 166(1): 176-185 (doi: 10.1016/j.ijfoodmicro.2013.06.002).
  • Eshelli M., Harvey L., Edrada-Ebel R., McNeil B. Metabolomics of the bio-degradation process of aflatoxin B1 by Actinomycetes at an initial pH of 6.0. Toxins, 2015, 7(2): 439-456 (doi: 10.3390/toxins7020439).
  • Risa A., Divinyi D.M., Baka E., Krifaton C. Aflatoxin B1 detoxification by cell-free extracts of Rhodococcus strains. Acta Microbiologica et Immunologica Hungarica, 2017, 64(4): 423-438 (doi: 10.1556/030.64.2017.023).
  • Prettl Z., Dési E., Lepossa A., Kriszt B., Kukolya J., Nagy E. Biological degradation of aflatoxin B1 by a Rhodococcus pyridinivorans strain in by-product of bioethanol. Animal Feed Science and Technology, 2017, 224: 104-114 (doi: 10.1016/J.ANIFEEDSCI.2016.12.011).
  • Dzhavakhiya V.G., Voinova T.M., Popletaeva S.B., Statsyuk N.V., Limantseva L.A., Shcherba-kova L.A. Effect of various compounds blocking the colony pigmentation on the aflatoxin B1 production by Aspergillus flavus. Toxins, 2016, 8(11): 313 (doi: 10.3390/toxins8110313).
  • Дудчик Н.В., Дроздова Е.В., Трейлиб B.B., Будкина Е.А., Бурая В.В., Козлова Т.О., Ушкова Л.Л. Оценка интегральной токсичности объектов окружающей среды методами биотестирования (инструкция по применению). Минск, 2012.
  • Shcherbakova L.A., Statsyuk N.V., Mikityuk O.D., Nazarova T.A., Dzhavakhiya V.G. Aflatoxin B1 degradation by metabolites of Phoma glomerata PG41 isolated from natural substrate colonized by aflatoxigenic Aspergillus flavus. Jundishapur Journal of Microbiology, 2015, 8(1): e24324 (doi: 10.5812/jjm.24324).
  • Vankayalapati V.K. Aflatoxins: properties, toxicity and detoxification. Nutrition and Food Science International Journal, 2018, 6(5): 555696 (doi: 10.19080/NFSIJ.2018.06.555696).
  • Ukraintseva S.N., Voinova T.M., Dzhavakhiya V.G. Obtaining the highly productive mutants Penicillium citrinum producing compactin and optimization of fermentation process in shaken flasks. In: Biotechnology in biology and medicine /A.M. Egorov, G. Zaikov (eds.). Nova Science Publishers, New York, 2006.
  • Bueno D.J., Casale C.H., Pizzolitto R.P., Salvano M.A., Oliver G. Physical adsorption of afla-toxin B1 by lactic acid bacteria and Saccharomyces cerevisiae: a theoretical model. Journal of Food Protection, 2007, 70(9): 2148-2154 (doi: 10.4315/0362-028X-70.9.2148).
  • Peltonen K., El-Nezami H., Haskard C., Ahokas J., Salminen S. Aflatoxin B1 binding by dairy strains of lactic acid bacteria and bifidobacteria. Journal of Dairy Science, 2001, 84(10): 21522156 (doi: 10.3168/jds.S0022-0302(01)74660-7).
  • Ondiek W., Wang Y., Sun L., Zhou L., On S.L., Zheng H., Ravi G. Removal of aflatoxin b1 and t-2 toxin by bacteria isolated from commercially available probiotic dairy foods. Food Science and Technology International, 2021, 28(1): 15-25 (doi: 10.1177/1082013220987916).
  • Hahn I., Thamhesl M., Apfelthaler E., Klingenbrunner V., Hametner C., Krska R., Schatzmayr G., Moll W.-D., Berthiller F., Schwartz-Zimmermann H.E. Characterisation and determination of metabolites formed by microbial and enzymatic degradation of ergot alkaloids. World Mycotoxin Journal, 2015, 8(4): 393-404 (doi: 10.3920/WMJ2014.1807).
  • Alberts J.F., Engelbrecht Y., Steyn P.S., Holzapfel W.H., van Zyl W.H. Biological degradation of aflatoxin B1 by Rhodococcus erythropolis cultures. International Journal of Food Microbiology, 2006, 109(1-2): 121-126 (doi: 10.1016/j.ijfoodmicro.2006.01.019).
  • Rodriguez H., Reveron I., Doria F., Costantini A., De Las Rivas B., Munoz R., Garcia-Moruno E. Degradation of ochratoxin A by Brevibacterium species. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2011, 59(19): 10755-10760 (doi: 10.1021/jf203061p).
  • Микитюк О.Д., Воинова Т.М., Джавахия В.Г. Подавление образования фузариотоксина зеараленона 6-деметилмевинолином — ингибитором биосинтеза афлатоксина В1. Мат. межд. науч. конф. «Актуальные вопросы органической химии и биотехнологии». Екатеринбург, 2020, т. 1: 659-660.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp