doi: 10.15389/agrobiology.2016.4.533rus
УДК 636.085.19:615.917:579.64:579.222
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект РНФ № 14-16-00150).
НЕКОТОРЫЕ ПРИРОДНЫЕ И СИНТЕТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ,
БЛОКИРУЮЩИЕ БИОСИНТЕЗ АФЛАТОКСИНА В1 И МЕЛАНИНА
У Aspergillus flavus
В.Г. ДЖАВАХИЯ, Т.М. ВОИНОВА, С.Б. ПОПЛЕТАЕВА, Н.В. СТАЦЮК,
О.Д. МИКИТЮК, Т.А. НАЗАРОВА, Л.А. ЩЕРБАКОВА
Контаминация сельскохозяйственной продукции микотоксинами различного происхождения — одна из серьезных проблем для мирового производства продуктов питания и кормов. Афлатоксин В1 (АФВ1) обладает гепатотоксичным, карциногенным и тератогенным действием, не разлагается в процессе переработки растительного сырья при приготовлении кормов и пищевых продуктов, поэтому относится к наиболее опасным микотоксинам. В связи с этим поиск веществ, подавляющих его биосинтез и тем самым предотвращающих накопление, остается актуальным. В настоящей работе представлены результаты исследования способности ряда природных и синтетических соединений блокировать у Aspergillus flavus (штамм AF11) образование АФВ1 и пигмента меланина — вторичных метаболитов поликетидной структуры, у которых имеются общие интермедиаты и совпадают начальные стадии биосинтеза. В качестве потенциальных ингибиторов биосинтеза поликетидных соединений использовали ловастатин и различные коммерческие препараты: (аминоэтил)тиофосфоновую кислоту, (аминометил)тиофосфоновую кислоту, алафосфалин, (1-аминоэтил)фосфоновую кислоту и N-гидроксипутресцин. Продуцентом ло-вастатина служил мутантный штамм Aspergillus terreus 45-50, полученный ранее из штамма A. terreus ATCC 20542. Чтобы выявить изменения в морфологии колоний, гриб A. flavusкультивировали на твердой питательной среде. Концентрации исследуемых веществ при этом варьировали от 0,0001 до 0,1 % в зависимости от активности соединения. Для определения влияния исследуемых веществ на продукцию АФВ1 штамм A. flavus AF11 культивировали в течение 170 ч в жидкой питательной среде Пейна-Хеглера. Растворы тестируемых веществ добавляли до конечной концентрации от 0,001 до 0,1 % (коммерческие препараты) или от 0,0001 до 0,001 % (ловастатин). Эффективность ингибирования или стимуляции синтеза афлатоксина оценивали, сравнивая его содержание в культуральной жидкости в опыте и контроле (питательная среда без добавок тестируемых веществ). Также оценивали влияние ловастатина на накопление АФВ1 в зерне пшеницы, зараженном A. flavus AF11. Проведенный скрининг позволил разделить исследуемые вещества на три группы. Добавление в среду культивирования (аминоэтил)тиофосфоновой кислоты, (аминометил)тиофосфоновой кислоты и алафосфалина приводило к существенному снижению продукции АФВ1, однако не влияло на пигментацию колоний. N-гидроксипутресцин и (1-аминоэтил)фосфоновая кислота частично или полностью блокировали биосинтез меланина и одновременно значительно увеличивали продукцию АФВ1. Ловастатин полностью подавлял биосинтез АФВ1 и меланина даже в низких концентрациях (0,0005 %). Следовательно, вещества из первой и второй группы препятствовали образованию АФВ1 и меланина на этапах после разветвления путей биосинтеза этих вторичных метаболитов, в то время как ловастатин либо действовал на стадии, предшествующей разветвлению, либо одновременно подавлял некоторые этапы биосинтеза каждого из них после точки расхождения. В результате проведенного исследования впервые была выявлена способность ловастатина эффективно блокировать биосинтез АФВ1, а также подавлять рост и развитие токсигенного гриба A. flavus. Показано, что обработка зерна пшеницы ловастатином в дозах 0,25 и 0,50 мг/г перед заражением токсиногенным изолятом A. flavus приводила к снижению накопления АФВ1 соответственно в 4 и 20 раз. Обнаруженные свойства ловастатина в сочетании с его нетоксичностью и возможностью высокопродуктивного микробиологического синтеза делают перспективными дальнейшую разработку препарата на основе этого природного соединения, применение которого позволит предотвращать контаминацию АФВ1 фуражного зерна и других кормов для сельскохозяйственных животных.
Ключевые слова: афлатоксин В1, меланины грибов, поликетиды, ингибиторы биосинтеза, статины, аналоги природных аминокислот, контаминация зерна афлатоксином В1.
V.G. Dzhavakhiya, T.M. Voinova, S.B. Popletaeva, N.V. Statsyuk,
O.D. Mikityuk,
T.A. Nazarova, L.A. Shcherbakova
The control of the mycotoxin contamination of agricultural products represents a serious problem of the global food and feed industry. Aflatoxin B1 (AFB1) is one of the most dangerous mycotoxins due to its hepatotoxicity, carcinogenicity, and temperature resistance. Thus, the search for substances able to block its biosynthesis and, therefore, to prevent the toxin accumulation in food and feed is still relevant. This paper is devoted to the study of the ability of some natural and synthesized compounds to block the biosynthesis of AFB1 and/or melanin (both are secondary metabolites, which have common intermediates and common initial stages of the polyketide biosynthetic pathway) in toxigenic Aspergillus flavus. The studied compounds included lovastatin, and several commercial compounds: (aminoethyl)thiophosphonic acid, (aminomethyl)thiophosphonic acid, alafosfalin, (1-aminoethyl)phosphonic acid, and N-hydroxyputrescine. A mutant Aspergillus terreus strain 45-50 obtained earlier from the A. terreus ATCC 20542 was used as the lovastatin producer. N-hydroxy-putrescine and some phosphoanalogues of amino acids were assessed by their influence on the pigmentation of fungal colonies grown on solid medium and on the specific AFB1 content in cultural broth determined after the cultivation of a fungus on liquid nutrition medium. According to the obtained results, the studied compounds were divided into three groups. To reveal changes in the colony morphology, toxigenic A. flavus strain AF11 was cultivated on agarized medium. Concentrations of tested compounds in the medium varied from 0.0001 to 0.1 % depending on their activity. To determine the effect of tested compounds on the AFB1 production, AF11 was cultivated for 170 h in a liquid Payne-Hagler medium. Solutions of the tested compounds were added to the medium up to the final concentration of 0.001-0.1 % (commercial compounds) or 0.0001 to 0.001 % (lovastatin). The efficiency of the AFB1 biosynthesis stimulation/inhibition was assessed by the comparison of its content in the cultural broth in the experimental and control (medium without additions) variants. In addition, the effect of lovastatin on the AFB1 accumulation in wheat grain contaminated with A. flavus AF11 was assessed. The performed screening allowed us to divide the studied compounds into three groups. The supplement of the nutrition medium with (aminoethyl)thiophosphonic acid, (aminomethyl)thiophosphonic acid, and alafosfalin caused a significant decrease in the AFB1 production, but did not influenced on the colony pigmentation. N-hydroxyputrescine and (1-aminoethyl)phosphonic acid were able to partially or completely block the melanin biosynthesis with the simultaneous increase in the AFB1 production. Lovastatin completely blocked both AFB1 and melanin production even at low concentrations (0.0005 %). Therefore, compounds from the first and second groups inhibit the AFB1 or melanin biosynthesis, respectively, via the blocking of stages located after the point of divergence of the corresponding biosynthetic pathways, whereas lovastatin either inhibits the polyketide biosynthesis before this divergence point, or simultaneously inhibits both AFB1 and melanin biosynthetic pathways after the divergence point. Thus, we first revealed the ability of lovastatin to efficiently inhibit the AFB1 biosynthesis and also to suppress the growth and development of a toxigenic A. flavus. We also showed that the treatment of wheat grain with lovastatin at 0.25 and 0.5 mg/g before the contamination of wheat with toxigenic A. flavus reduced the AFB1 accumulation in the grain 4-fold and 20-fold, respectively. Taking into account the non-toxicity of lovastatin and the possibility of its highly-productive microbiological synthesis, the further study of the revealed new property of this compound seems to be very promising for a development of new antiaflatoxigenic preparations able to prevent the contamination of animal feed with AFB1.
Keywords: aflatoxin B1, fungal melanins, polyketides, biosynthesis inhibitors, statins, amino acid analogues.
ФГБНУ Всероссийский НИИ фитопатологии, |
Поступила |
Оформление электронного оттиска
