安全贝莱斯芽孢杆菌T-3通过全基因组与代谢组学解析脱氧雪腐镰刀菌烯醇生物降解机制及其在玉米副产物中的应用

《Food Chemistry: X》：Whole genome sequencing and metabonomics analysis reveal the biodegradation process of deoxynivalenol in a safety Bacillus velezensis T-3 isolated from the gut of sea cucumber

本研究针对霉菌毒素脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）污染问题，从海参肠道分离得到安全菌株贝莱斯芽孢杆菌T-3，通过全基因组测序与代谢组学分析，揭示其可在72小时内完全降解DON，并转化为视黄酸、甘氨酸等低毒产物。在玉米副产物中DON降解率达49.59%，同时有效抑制霉菌生长，为饲料及食品中DON的生物防控提供了新策略。

　　

霉菌毒素污染是全球农业、饲料和食品安全面临的严峻挑战，其中脱氧雪腐镰刀菌烯醇（Deoxynivalenol, DON）作为镰刀菌属真菌产生的主要毒素之一，不仅导致作物减产，更通过食物链蓄积威胁人类健康，低剂量暴露即可引发呕吐、腹泻甚至死亡。传统化学与物理脱毒方法存在成本高、易造成二次污染或营养损失等缺陷，而生物脱毒技术虽具潜力，但多数菌株或酶制剂仅聚焦于降解已产生的DON，缺乏同时抑制产毒霉菌生长并彻底解析代谢路径的能力。

在此背景下，广西大学动物科学技术学院的研究团队从渤海湾海参肠道中分离出一株安全菌株——贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）T-3，通过全基因组测序与代谢组学技术系统揭示了其降解DON的分子机制与代谢网络，相关成果发表于《Food Chemistry: X》。研究首次发现该菌株不仅能高效拮抗禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）、产黄青霉（Penicillium chrysogenum）和黄曲霉（Aspergillus flavus）等产毒霉菌，还能以DON为唯一碳源生长，72小时内完全降解DON，并将其转化为视黄酸、甘氨酸等低毒或无毒产物。在玉米副产物应用中，T-3菌株使DON降解率最高达49.59%，并显著延长霉变周期，展现了良好的应用前景。

研究团队运用了多项关键技术：首先通过16S rDNA测序和全基因组分析对菌株进行鉴定与功能注释；利用代谢组学（LC-MS/MS）检测DON降解产物；通过抗菌实验评估菌株对产毒霉菌的抑制效果；并系统考察了菌株的耐热性（20–90°C）、pH耐受性（3.0–11.0）及盐耐受性（0%–10% NaCl）等生化特性。此外，通过药物敏感性试验和溶血试验对菌株进行安全性评估，并在玉米副产物发酵模型中验证其降解效能与环境适应性。

3.1 菌株鉴定为贝莱斯芽孢杆菌T-3

菌株T-3分离自海参肠道，革兰氏阳性杆状，在以DON为唯一碳源的培养基中72小时内生物量提升10.08倍，全基因组测序显示其携带3817个编码基因，其中99.97%为功能已知基因，注释结果涵盖氨基酸转运代谢、碳水化合物代谢等关键通路。

3.2 菌株生化特性

T-3菌株在20–60°C条件下生长良好，80°C处理1小时后仍存活，pH耐受范围为4.0–8.0，盐耐受上限为10% NaCl，且对氯霉素、红霉素等抗生素敏感，溶血试验呈γ-溶血型，证明其安全性。

3.3 抗菌与DON降解能力

菌株对禾谷镰刀菌、黄曲霉和产黄青霉的抑菌圈直径比（D/d）分别为1.55、1.96和1.71。LC-MS/MS分析显示，DON在72小时内被完全降解，代谢组学鉴定出36种显著上调的差异代谢物，如甘氨酸、视黄酸等。

3.4 DON潜在代谢通路

全基因组注释发现108种碳水化合物活性酶（CAZymes），包括糖苷水解酶（GHs）和酯酶（CEs）等。推测DON通过乙酰化、羟基化等反应逐步转化为三氯二烯、法尼基焦磷酸（FPP），最终进入类胡萝卜素合成通路生成视黄酸，或经丙酮酸、乙酰辅酶A（Acetyl-CoA）参与氨基酸代谢。

3.5 玉米副产物中DON降解

在30°C、pH 9.0条件下，玉米副产物中DON降解率最高达34.55%。接种T-3菌株后，霉菌数量在10天内降至0，显著延长保存期。

研究结论表明，贝莱斯芽孢杆菌T-3具备独特的“抑霉-降解”双功能，其全基因组携带的CAZymes及代谢网络为DON的生物解毒提供了新机制。该菌株的耐逆性与安全性使其在饲料及农产品防霉领域具有重要应用价值，为开发绿色脱毒技术奠定了理论基础。