综述：传统霉菌毒素控制方法的局限性以及生物技术进步在实现可持续解决方案方面的作用

《Biotechnology Advances》：Limitations of traditional mycotoxin control and biotechnological advances toward sustainable solutions

真菌毒素污染治理面临传统方法效率低、安全性差等问题，本文综述了工程微生物降解、纳米材料检测与催化、噬菌治疗抑制毒素合成、CRISPR-Cas基因编辑阻断生物合成通路、植物-微生物协同抑制等创新技术，并探讨酶固定化提升催化稳定性，提出多技术整合的可持续解决方案。

　　

Xitao Wang | Jiansong You | Xiaoyu Li | Yongping Xu | Zhongyu Li | Lili Wang

大连民族大学生命科学学院，中国大连 116600

摘要

霉菌毒素是有害的真菌代谢产物，会污染食品和饲料，对全球健康和经济造成严重风险。传统的控制方法由于效率低下和安全问题往往效果不佳，这促使人们开发出创新的生物技术方法。本文综述了霉菌毒素管理的最新进展，重点介绍了用于靶向降解的工程微生物、基于纳米技术的检测和去除系统、针对产毒真菌的噬菌体疗法、CRISPR-Cas 基因编辑技术（用于调控霉菌毒素的生物合成途径），以及抑制真菌生长的植物-微生物相互作用。此外，还强调了酶固定化策略在提高酶稳定性和重复使用性方面的作用。这些综合的生物技术工具为减轻霉菌毒素污染提供了有前景的可持续解决方案，从而增强了食品安全和农业生产力。本文还讨论了将这些进展转化为实际应用的当前挑战和未来方向。值得注意的是，生物技术工具在技术上是可行的，并且越来越接近在食品和饲料链中的实际应用。

引言

霉菌毒素是由曲霉菌、镰刀菌和青霉菌等丝状真菌产生的有毒次级代谢产物，它们在全球范围内污染了多种农产品（Hassan 等，2023）。这些次级代谢产物对人类和动物健康构成巨大威胁，会导致急性中毒、致癌、免疫抑制和发育异常。霉菌毒素污染的全球负担造成了巨大的经济损失，降低了作物产量，并因严格的食品安全法规而限制了贸易（Abdullah 等，2025）。传统的霉菌毒素脱毒方法，包括物理分选、化学处理和热处理，通常效果有限、成本高昂，且可能损害营养价值（?avu?o?lu 和 ?avu?o?lu，2024）。在一项研究中，高温制粒仅使脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）在饲料中的浓度降低了不到 25%，并且残留的毒素仍然具有生物活性（Li 等，2023）。氨化处理在不同饲料上的效果不一，产生的副产品可能对营养价值产生不利影响（Li 等，2021；Murtaza 等，2025）。酶脱毒剂在实验室控制条件下显示出一定的效果，但在接触饲料基质或处于非最佳 pH 值或温度时，其催化活性会丧失，这成为其大规模应用的障碍。用于降解黄曲霉素或玉米赤霉烯酮的漆酶和过氧化物酶在高脂肪或纤维基质上的效果较差，限制了其工业应用（De Saeger 和 Logrieco，2017）。因此，迫切需要可持续、有效且安全的霉菌毒素控制方法。

除了新兴的生物技术方法外，一些传统的酶和微生物脱毒技术也被证明能有效去除饲料和食品中的霉菌毒素。Eubacterium BBSH 797 是一种经过充分研究的厌氧细菌，能够将 DON 转化为无毒代谢物，已被欧盟和一些亚洲国家批准作为 DON 脱毒的饲料添加剂（Fuchs 等，2002）。其他基于酶降解的商业产品，如漆酶、过氧化物酶和酯酶，在优化条件下对黄曲霉素和玉米赤霉烯酮的降解也表现出一定效果。尽管传统方法在控制条件下可能适用且有效，但它们的可扩展性、稳定性和对复杂食品基质的适应性有限。因此，生物技术创新的目标是通过基因工程、纳米技术和酶固定化来改进和扩展这些基础技术。

近年来，生物技术取得了显著进展，为霉菌毒素的检测、降解和操控提供了新的途径，解决了传统技术的局限性。工程微生物已成为降解和转化多种霉菌毒素的强大工具，利用合成生物学修饰酶脱毒途径（Murtaza 等，2022）。表达黄曲霉素降解酶的基因改造枯草芽孢杆菌菌株能够快速脱毒受污染的原料（Cheng 等，2023），CRISPR-Cas9 已成功应用于改变丝状真菌中的霉菌毒素生物合成基因，从而从源头上减少毒素的产生。这些微生物生物技术具有高度的特异性和环境兼容性。

同时，基于纳米技术的创新正在改变霉菌毒素的检测和消除方式。纳米材料驱动的生物传感器提供了快速、灵敏且便携的检测平台，适用于现场和供应链监测。光催化和吸附纳米材料可以利用活性氧物种分解污染物，而不会产生有害残留物（Huang 等，2025）。此外，结合固定化酶和纳米载体的纳米生物催化剂提高了稳定性和重复使用性，从而解决了酶脱毒中的挑战（Khafaga 等，2024）。历史上用于对抗细菌病原体的噬菌体疗法现在被调整用于针对产毒真菌的真菌病毒。这些真菌病毒可以减弱真菌毒力和毒素生物合成，为操控真菌提供了有机替代方案。生物工程的进步使得可以设计出具有增强感染性和毒素抑制能力的真菌病毒（Xie 和 Jiang，2024）。

此外，通过增强对抗产毒真菌的有益微生物来利用植物-微生物相互作用也是另一种可持续策略（S?ylemez 等，2025）。这些微生物可以与病原体竞争，产生抗真菌化合物，并触发植物免疫反应，从而减少作物中的霉菌毒素污染。酶固定化策略通过改善平衡、催化效率和重复使用的简便性，增强了霉菌毒素降解酶的实际应用，有助于食品和饲料行业的规模化清洁（S?ylemez 等，2025）。包括纳米材料和生物聚合物在内的新方法结合了生物相容性和较大的表面积，以优化酶功能。

尽管技术发展前景广阔，但仍存在重大挑战，例如需要进行彻底的生物安全性评估、监管审批流程、成本效益考量以及与复杂农业生态系统的整合。生物技术为一些传统物理和化学脱毒方法的局限性提供了新的解决方案，例如：(i) 无法完全消除霉菌毒素或改善营养价值；(ii) 这些方法的操作成本较高（Li 等，2021；Ngolong Ngea 等，2020）。利用工程微生物的生物技术应用可以有效地降解多种霉菌毒素，在现实的农业饲料和食品配方中实现对每种毒素的高特异性（如经过基因改造的枯草芽孢杆菌和毕赤酵母菌株，用于降低受污染谷物中的黄曲霉素 B1 和脱氧雪腐镰刀菌烯醇浓度）（Afsharmanesh 等，2018；You 等，2024）。设计为化学传感器的光催化纳米颗粒和纳米材料可以在现场检测非常低浓度的霉菌毒素并对其进行降解，不会产生残留废物或有毒副产品（Lin 等，2024；Murtaza 等，2024b）。CRISPR-Cas9 与真菌病毒或噬菌体疗法结合农业生物技术（植物和微生物工程），可以在作物收获前降低霉菌毒素水平，为农业生物技术学家提供了控制作物生产中霉菌毒素生长的切实手段（Godana 等，2023）。

部分摘录

用于霉菌毒素控制的工程微生物系统

传统的化学和物理方法在霉菌毒素去污方面往往效率低下、成本高昂，并且会对营养价值产生不利影响。在这种背景下，微生物生物降解作为一种环保、高效且可持续的方法脱颖而出，用于霉菌毒素的脱毒（表 1）。

用于霉菌毒素检测和降解的纳米技术

纳米技术是一个跨学科领域，专注于在纳米尺度上操纵材料，已成为革命性改变霉菌毒素检测和降解的强大生物技术工具（图 3），有望提高灵敏度、特异性和环境兼容性（表 2）。

针对产毒真菌的噬菌体疗法

虽然经典噬菌体在抗菌治疗中已得到广泛应用，但针对真菌的真菌病毒在控制产毒真菌方面显示出巨大潜力（图 5）。真菌病毒会在细胞内感染真菌宿主，通常会减弱真菌的毒力、生长和毒素生物合成。这些病毒-真菌相互作用类似于噬菌体-宿主相互作用，启发了针对真菌的“噬菌体疗法”概念的发展。

用于霉菌毒素基因编辑的 CRISPR-Cas 系统

近年来，CRISPR-Cas 基因编辑技术通过提供精确、高效和多功能的工具，彻底改变了分子生物学，能够在多种生物体中进行靶向基因修饰（Schiwek 等，2024）。它们在产毒真菌中的应用为直接破坏或调节编码关键酶和霉菌毒素生物合成途径的基因提供了新途径。这一策略不仅防止了作物中的毒素积累，还促进了...

用于霉菌毒素控制的植物-微生物相互作用

近年来，植物-微生物相互作用的研究和应用成为可持续控制霉菌毒素的新兴生物技术前沿。通过利用与植物相关的有益微生物群落，可以通过多种机制抑制产毒真菌并减少毒素积累（Moradi 等，2022）（表 3）。

用于霉菌毒素降解的酶固定化

酶降解霉菌毒素已成为一种有前景且特异的生物技术策略，用于净化受污染的食品和饲料产品。然而，自由酶的直接使用通常稳定性低、重复使用性差，且对环境条件敏感，这限制了其商业应用。酶固定化技术有效解决了这些问题，提高了酶的整体性能，允许连续处理...

未来展望

尽管取得了显著进展，但由于真菌生态学的复杂性、毒素种类繁多以及环境变化，霉菌毒素污染仍然是一个全球性的食品安全问题。传统的缓解方法未能完全解决这些问题，这凸显了下一代综合生物技术解决方案的迫切需求。

展望未来，合成生物学、纳米技术和系统生物学的融合将开启一个变革时代...

结论

霉菌毒素污染仍然是一个复杂的全球性挑战，单靠传统方法无法解决。从工程微生物和基于 CRISPR 的基因编辑到纳米技术和酶固定化等新兴生物技术方法，提供了具体、绿色和可持续的解决方案。通过将这些技术与微生物组工程和植物-微生物相互作用的进步相结合，霉菌毒素操控的未来在于开发出适应性强的技术，以确保食品安全...

未引用的参考文献

Adebo 等，2021

Adegoke 等，2023

Kapoore 等，2021

Li 等，2020

Murtaza 等，2023a

Murtaza 等，2023b

Murtaza 等，2024a

Pierron 等，2016

Sun 等，2023a

Sun 等，2023b

Wang 等，2023a

Wang 等，2023b

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。