食物中霉菌毒素zearalenone生物降解途径研究

Zearalenone (ZEA), an estrogenic mycotoxin produced by several Fusarium species, is one of the major compromises of the world's crops. The existing biodecontaminations are restricted by the efficency and the estrogenic-products. A novel Acinetobacter sp. SM04 was isolated by our team which could degradate ZEA more efficently than other microbes reported. Especially ZEA was converted to non-estrogenic metabolites by SM04. According to the limitations in past researches, this project plans to focus on the key enzymes of ZEA-biodegradation including analysises of amino acid sequence, nucleotide sequence,activity characteristics and so on. The structure of metabolite products will also be determined by MS and NMR. And RNA-sequence is going to be used to evaluate the expression levels of the key enzymes while ZEA decreasing.Considering all things above, the biodegradation pathway of ZEA will be painted and confirmed after the resting cell experiment and isotopic tracer method. .This project composed of studying poison,the mycotoxin, in food and wild strain explores the connection between the enzyme expression and the metabolites. A novel detoxification pathway of ZEA will be discovered and the details about the key enzymes in the process will be clear. All of these means a great deal to understand the mechanism of biodegradation and control it. Moreover, it directs the green detoxification of moldy food in future.

玉米赤霉烯酮毒素（ZEA）是全世界农作物和饲料霉变的主要危害之一，现有的生物降解方法存在效率低、脱毒不彻底等问题。本课题组已分离到一株降解ZEA效率和效果均高出其他报道的细菌Acinetobacter sp.SM04，因此，本项目将针对现有生物降解ZEA过程中的缺陷，以SM04为研究模型，分析和鉴定其降解ZEA的关键酶系中各组分，参考各组分的酶作用特性，分析降解产物的结构变化；在此基础上引入RNA-seq技术，监测ZEA降解过程中各关键酶组分基因的转录表达情况，结合静息细胞实验和同位素示踪实验验证，推断出SM04降解ZEA的分解途径。本研究从食品中有害成分-霉菌毒素和野生型降解菌出发，在分子水平上探索酶基因的表达与降解产物生成的关系，发掘一条新的ZEA降解途径，研究生物降解霉菌毒素的详细过程及相关酶作用方式，为该过程的机理和调控策略研究奠定基础，对将来实现霉变食品的绿色脱毒提供方向。

玉米赤霉烯酮毒素（ZEA）是全世界农作物和饲料霉变的主要危害之一，现有的生物降解方法存在效率低、脱毒不彻底等问题。本课题组分离到一株降解ZEA效率和效果均高出其他报道的细菌Acinetobacter sp.SM04，因此，本项目针对现有生物降解ZEA过程中的缺陷，以SM04为研究模型，分析和鉴定其降解ZEA的关键酶系中各组分，从中分离出新的过氧化物酶Prx和氧化酶Oxa，获得对应的序列并进行了酶作用特性研究，以RNA-seq技术监测ZEA降解过程中各关键酶组分基因的转录表达情况；分析鉴定了降解产物的结构，验证了产物的雌激素毒性；结合静息细胞实验等初步构建SM04降解ZEA的分解途径并验证。. 重组过氧化物酶A4-Prx表达量达到130.39 mg/L，在12h内可降解约80%的ZEA，对食品中ZEA的降解率可达70%以上。在H2O2浓度<50 mM时， A4-Prx酶活力随着H2O2浓度的升高明显升高，在H2O2浓度≥50mM时，H2O2对A4-Prx酶活力有明显的抑制作用。10mM 以上的EDTA可抑制过氧化物酶A4-Prx活力的80%，叠氮钠对A4-Prx的抑制能力较弱。. 发现SM04降解ZEA的关键酶系中另一个新酶——Oxa氧化酶，与不动杆菌Acinetobacter的数据库可匹配的序列为一个功能不明确的外膜蛋白，重组的Oxa蛋白12h内可降解50% ZEA。. 从SM04上清液分离所得的4条蛋白的基因在降解ZEA的过程中，随着反应的进行，在转录水平上发生了明显的变化。.从过氧化物酶A4-Prx降解ZEA的产物中分离出产物C和E，另有少量的ZOL生成。C和E的雌激素毒性均较低，与阳性对照ZEA相比几乎检测不到阳性癌细胞的增殖或极少量增殖。. 发现在过氧化物酶A4-Prx与ZEN反应过程中，发生了至少两步反应，第一步是ZEN酯键断裂，形成新的羧基COOH；第二步是ZEN的酚基团-O-H发生过氧化氢还原反应。. 本研究从食品中有害成分-霉菌毒素和野生型降解菌出发，在分子水平上探索酶基因的表达与降解产物生成的关系，发掘一条新的ZEA 降解途径，研究生物降解霉菌毒素的详细过程及相关酶作用方式，为该过程的机理和调控策略研究奠定基础，对将来实现霉变食品的绿色脱毒提供方向。