《Food Chemistry》：Mechanistic insights into ochratoxin A biodetoxification by
Pediococcus acidilactici NX8 involving a multi-hydrolase toolbox
编辑推荐：
•首次对乳酸酸乳球菌中多酶降解赭曲霉毒素A的机制进行了研究。•鉴定出六种降解产物，揭示了一种新的赭曲霉毒素A生物降解途径。•发现了三种新型且高效的赭曲霉毒素A水解酶（XlyAB、AmiE、Pbp4b）。•通过多组学分析阐明了赭曲霉毒素A生物降解的分子机制。引言赭曲霉毒素A是一种由
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首次对乳酸酸乳球菌中多酶降解赭曲霉毒素A的机制进行了研究。
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鉴定出六种降解产物，揭示了一种新的赭曲霉毒素A生物降解途径。
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发现了三种新型且高效的赭曲霉毒素A水解酶（XlyAB、AmiE、Pbp4b）。
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通过多组学分析阐明了赭曲霉毒素A生物降解的分子机制。
引言
赭曲霉毒素A是一种由聚酮类物质衍生的霉菌毒素，主要由曲霉属和青霉属的真菌产生（Liu等人，2023；Wei等人，2022）。它会污染多种食品，包括谷物、油籽、坚果、香料、乳制品以及肉类产品，从而对人类和动物的健康构成严重威胁（Ganesan等人，2024；Zhang、Flannery和Zhang，2024）。在目前已发现的400多种霉菌毒素中，由于赭曲霉毒素普遍存在且人类暴露水平较高，因此受到了众多科学界和监管机构的关注。值得注意的是，赭曲霉毒素具有很强的肝肾毒性，还被列为致癌物、致畸物和诱变物，这引发了食品安全和公共卫生领域的极大担忧（Ben Miri等人，2024；Kumar等人，2020）。为降低暴露风险，全球各国都制定了严格的赭曲霉毒素含量标准。例如，欧盟规定原始谷物的最大含量为5微克/千克，中国则要求大米及以谷物为原料的产品也达到这一标准。欧洲食品安全局还规定了葡萄汁和葡萄酒的更严格标准，即2微克/升（Zhang、Zhang等人，2024）。
为减少消费者接触赭曲霉毒素并满足食品安全要求，人们不断提出各种去除霉菌毒素残留的方法。这些方法包括物理手段（如清洗、浸泡、紫外线照射和热处理）以及化学方法（如酸、碱和过氧化氢）来消除赭曲霉毒素（Lee等人，2024；Roncero等人，2026）。然而，这些方法往往适用范围有限、成本高昂、效果不彻底，且处理过程耗时较长，尤其是在大规模加工食品或饲料产品时（Mir等人，2025）。此外，这些方法还会导致营养成分流失以及化学残留的风险，限制了其更广泛的应用。相比之下，基于微生物或其酶系统的生物降解策略作为一种高效、针对性强且环保的替代方法，越来越受到重视，可用于控制霉菌毒素污染。迄今为止，已有大约30种细菌和真菌菌株被报道具有降解赭曲霉毒素的能力，包括微小短杆菌、溶杆菌以及枯草芽孢杆菌（Fu等人，2024；Xu等人，2021；Zhang、Ma等人，2024）。已知的赭曲霉毒素降解机制包括酰胺键断裂、脱氯、羟基化以及内酯环开环，这些反应会生成一系列二氢异香豆素衍生物。大多数这类代谢物的毒性都低于赭曲霉毒素本身（Luz等人，2018；Yang等人，2024）。在这些降解途径中，赭曲霉毒素水解为OTα被认为是最有效且最可靠的解毒方式（Jahan等人，2023；Wang等人，2022）。
乳酸菌作为一类重要的益生菌，在食品领域有着悠久的应用历史，同时也是人体胃肠道微生物群的天然组成部分（Li等人，2024）。由于其具有公认的安全性以及多种有益特性，乳酸菌已被广泛应用于生物工程、农业、食品安全和生命科学等多个领域（Du等人，2021；Gao等人，2022；Ghiasi等人，2023）。在食品工业中，乳酸菌可作为乳制品、果汁、烘焙食品、肉类、果蔬以及动物饲料中的抗真菌保护剂。它们不仅能提升食品的风味和营养价值，还能有效延长保质期并改善产品质量（Wang等人，2023；Yuasa等人，2021；Zapasnik等人，2022）。近年来，有许多研究表明，多种乳酸菌菌株——包括植物乳杆菌、戊糖乳杆菌以及乳酸乳球菌——都具有降解赭曲霉毒素的能力。例如，Johnson乳杆菌在浓度为0.6微克/毫升的de Man、Rogosa和Sharpe培养基中，对赭曲霉毒素的平均降解率为97.4%（Luz等人，2018），而戊糖乳杆菌BalaMMB-P3则在24小时内就能将浓度为0.8微克/毫升的赭曲霉毒素完全降解（Park等人，2022）。不过，相关研究大多仅停留在初步评估降解效率阶段，对于其背后的分子机制了解仍然十分有限（Badji等人，2023；Bangar等人，2022；Luz等人，2018；Nahle等人，2022）。尤其是参与赭曲霉毒素降解的遗传基础和酶学途径至今仍未被充分阐明。目前仅有少数羧肽酶和酰胺水解酶被报道能够水解赭曲霉毒素的酰胺键，从而生成毒性较低的OTα。例如，Fu等人于2024年从溶杆菌CW239中分离出了羧肽酶CP4和氨水解酶ADH2，这两种酶都能将赭曲霉毒素分解为OTα和L-β-苯丙氨酸。来自黑曲霉的赭曲霉毒素酶是一种酰胺酶，其活性高于羧肽酶A和羧肽酶Y，它是首个具有明确蛋白质晶体结构的赭曲霉毒素解毒酶，为研究此类水解机制提供了重要依据（Dobritzsch等人，2014）。此外，Hu等人于2024年通过结构引导的理性设计，对从工业中获取的酰胺水解酶PwADH进行了改造，得到了一个新变体。该变体的活性比此前最有效的赭曲霉毒素降解酶——来自嗜酸窄食单胞菌的ADH3——高出7.3倍，后者能在90秒内将浓度为50微克/升的赭曲霉毒素完全降解。目前的研宄尚无法满足工业化生物解毒的需求，这也阻碍了无赭曲霉毒素食品的生产。因此，开发有效的策略来筛选具有赭曲霉毒素降解能力的乳酸菌菌株及相关酶类，对于减少霉菌毒素污染具有重要意义。
在本研究中，我们发现了一株名为NX8的乳酸酸乳球菌，它具有高效的赭曲霉毒素降解能力。通过整合基因组学、转录组学、蛋白质组学以及代谢中间体分析等多组学方法，并对关键基因进行功能验证，本研究系统地阐明了NX8降解赭曲霉毒素的分子机制和代谢途径。本研究旨在：（一）明确NX8所参与的赭曲霉毒素降解途径；（二）找出推动赭曲霉毒素转化及中间代谢物生成的关键代谢酶；（三）全面揭示细菌降解赭曲霉毒素的生物转化机制；（四）证明所发现的三种酶——XlyAB、AmiE和Pbp4b——具有高效的赭曲霉毒素降解活性，能够在商业食品中有效去除赭曲霉毒素。总体而言，XlyAB、AmiE和Pbp4b为食品和饲料行业中的赭曲霉毒素生物修复提供了新的有力方案。
章节摘要
细菌菌株与化学试剂
本研究使用的细菌菌株、质粒以及PCR引物列表见表S1。大肠杆菌BL21（DE3）购自中国上海伟迪生物技术有限公司。包括营养肉汤、MRS培养基以及卢里亚-伯塔尼培养基在内的微生物培养基则由中国青岛海博生物技术有限公司提供。赭曲霉毒素标准品（纯度≥98.0%）由中国北京泰坦科技有限公司供应。甲醇、乙腈和醋酸（色谱级，纯度
NX8菌株的分离与鉴定
从传统发酵乳饼中分离纯化后，得到了一株名为NX8的细菌菌株，该菌株的赭曲霉毒素降解效率超过95%，表现极为出色。在MRS琼脂平板上，NX8会形成表面光滑的乳白色圆形菌落（图S1 A）。扫描电子显微镜观察显示，这些菌株为球形、无鞭毛的细胞（图S1B）。基于16S rRNA基因序列的系统发育分析表明，NX8与乳酸酸乳球菌8275菌株高度相似，
讨论
农产品中的霉菌毒素污染对畜牧业生产以及人类健康构成了持续威胁。因此，作为一种环保、高效且成本较低的策略，生物解毒方法越来越受到重视（Stoev，2024；Zhou等人，2022）。在现有的各种方法中，益生菌——包括乳酸菌、芽孢杆菌以及酵母——不仅能通过细胞壁成分吸附毒素，还具备强大的酶解降解能力
结论
本研究证明，从传统发酵食品中分离出的乳酸酸乳球菌NX8具有高效的赭曲霉毒素降解能力。通过代谢途径分析以及多组学研究，共发现了三种新型水解酶——XlyAB、AmiE和Pbp4b。这些酶能够在5分钟内将浓度为2微克/毫升的赭曲霉毒素完全降解。代谢途径分析还揭示了一条新的降解途径，该途径涉及水解、氧化脱氨以及酯化反应。此外，这三种酶都能高效降解
CRediT作者贡献说明
方琼莲：撰写——初稿撰写、可视化分析、实验研究。 万秀福：撰写——初稿撰写、可视化分析、实验研究。 郭兰平：撰写——审阅与编辑。 刘源：可视化分析、实验研究。 王成晓：资源提供、实验研究。 杨晓燕：资源提供、实验研究。 安雅琪：撰写——审阅与编辑。 崔秀明：撰写——审阅与编辑。 张文平：撰写——审阅与编辑、项目监督、项目管理、资金申请、概念构思。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
致谢
本研究得到了以下项目的资助：中国国家重点研发计划（编号2023YFC3503802）、国家自然科学基金（编号82360744、32560028）、云南省重大科技项目（编号202202AG050021）、云南省高等学校服务重点行业技术项目（编号FWCY-BSPY2024046）、昆明理工大学研究生优秀创新人才计划（编号CA24163M105A）。
方琼莲|万秀福|郭兰平|刘源|王成晓|杨晓燕|安雅琪|崔秀明|张文平|杨烨
