Токсины почвенных микроскопических грибов: распространение, экологическая роль, биодеградация
- Авторы: Поляк Ю.М.1, Сухаревич В.И.1
-
Учреждения:
- Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН – Санкт-Петербургский федеральный исследовательский центр РАН
- Выпуск: № 10 (2023)
- Страницы: 87-96
- Раздел: Обзоры
- URL: https://edgccjournal.org/0002-1881/article/view/647102
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002188123100125
- EDN: https://elibrary.ru/OETZAM
- ID: 647102
Цитировать
Аннотация
Почвенные микроскопические грибы играют важную роль в микробно-растительных взаимодействиях, являясь продуцентами различных биологически активных соединений, и, прежде всего, микотоксинов. Микотоксины обнаруживают в почве, в пищевом сырье сельскохозяйственного происхождения, в кормах и продуктах питания. Токсинообразующие грибы поражают многие сельскохозяйственные культуры, и содержание микотоксинов в растительном сырье может быть достаточно высоким. В настоящем обзоре рассмотрены основные свойства микотоксинов и их продуценты, экологическая роль, вклад в микробно-растительные взаимодействия, во взаимодействия между микроорганизмами, биотрансформация токсинов в почве.
Ключевые слова
Об авторах
Ю. М. Поляк
Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН –Санкт-Петербургский федеральный исследовательский центр РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: yuliapolyak@mail.ru
Россия, 197110, Санкт-Петербург, Корпусная ул., 18
В. И. Сухаревич
Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН –Санкт-Петербургский федеральный исследовательский центр РАН
Email: yuliapolyak@mail.ru
Россия, 197110, Санкт-Петербург, Корпусная ул., 18
Список литературы
- Звягинцев Д.Г. Структурно-функциональная роль почвы в биосфере. М.: Геос, 1999. 278 с.
- Мирчинк Т.Г. Почвенная микология. М.: Изд-во МГУ, 1988. 220 с.
- Широких A.A., Колупаев A.B. Грибы в биомониторинге наземных экосистем // Теор. и прикл. экол. 2009. № 3. С. 4–14.
- Терехова В.А. Микромицеты в экологической оценке водных и наземных экосистем. М.: Наука, 2007. 215 с
- Иванова А.Е., Марфенина О.Е., Суханова И.И. Функциональное разнообразие микроскопических грибов в городских почвах разного возраста формирования // Микол. и фитопатол. 2008. Т. 42. № 5. С. 450–60.
- Марфенина О.Е. Антропогенная экология почвенных грибов. М.: Изд-во МГУ, 2005. 196 с.
- Власов Д.Ю. Микроскопические грибы в экстремальных местообитаниях: биологическое разнообразие и сущность взаимодействий // Биосфера. 2011. Т. 3. № 4. С. 479–492.
- Поляк Ю.М., Сухаревич В.И. Аллелопатические взаимоотношения растений и микроорганизмов в почвенных экосистемах // Усп. совр. биол. 2019. Т. 2. С. 147–160.
- Берестецкий О.А. Фитотоксины почвенных микроорганизмов и их экологическая роль // Фитотоксические свойства почвенных микроорганизмов. Л.: ВНИИ сел.-хоз. микробиологии, 1978. С. 7–31.
- Герасимов А.О., Поляк Ю.М. Оценка влияния засоления на аллелопатическую активность микромицетов в дерново-подзолистой почве // Агрохимия. 2021. № 3. С. 51–59.
- Киреева H.A., Водопьянов В.В., Мифтахова A.M. Биологическая активность нефтезагрязненных почв. Уфа: Гилем, 2016. 376 с.
- Polyak Y., Bakina L., Mayachkina N., Polyak M. The possible role of toxigenic fungi in ecotoxicity of two contrasting oil-contaminated soils – A field study // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2020. V. 202. P. 110959.
- Минеев В.Г., Козлова Ю.Е., Кураков А.В., Гомонова Н., Звягинцев Д.Г. Последействие минеральных удобрений на микробиологические и агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы // Докл. РАСХН. 2001. № 4. С. 19–21.
- Кураков А.В., Попов А.И. Нитрифицирующая активность и фитотоксичность почвенных микроскопических грибов // Почвоведение. 1995. Т. 3. С. 314–321.
- Ефимочкина Н.Р., Седова И.Б., Шевелева С.А., Тутельян В.А. Токсигенные свойства микроскопических грибов // Вестн. Томск. гос. ун-та. Биология. 2019. № 45. С. 6–33.
- Agriopoulou S. Ergot alkaloids mycotoxins in cereals and cereal-derived food products: Characteristics, toxicity, prevalence, and control strategies // Agronomy. 2021. V. 11. № 5. P. 931.
- Leggieri M.C., Decontardi S., Bertuzzi T., Pietri A., Battilani P. Modeling growth and toxin production of toxigenic fungi signaled in cheese under different temperature and water activity regimes // Toxins. 2017. V. 9 (1). P. 4–21.
- Pickova D., Ostry V., Toman J., Malir F. Aflatoxins: History, significant milestones, recent data on their toxicity and ways to mitigation // Toxins. 2021. V. 13 (6). P. 399.
- Richard J.L. Some major mycotoxins and their mycotoxicoses – An overview // Int. J. Food Microbiol. 2007. V. 119. P. 3–10.
- Hathout A.S., Aly S.E. Biological detoxification of mycotoxins: a review // Ann. Microbiol. 2014. V. 64. P. 905–919.
- Alshannaq A., Yu J.-H. Occurrence, toxicity, and analysis of major mycotoxins in food // Inter. J. Environ. Res. Public Health. 2017. V. 14. E632.
- Brasel T.L., Martin J.M., Carriker C.G., Wilson S.C., Straus D.C. Detection of airborne Stachybotrys chartarum macrocyclic trichothecene mycotoxins in the indoor environment // Appl. Environ. Microbiol. 2005. V. 71 (11). P. 7376–7388.
- Свистова И.Д., Щербаков А.П., Фролова Л.О. Токсины микромицетов чернозема: спектр антибиотического действия и роль в формировании микробного сообщества // Почвоведение. 2004. № 10. С. 1220–1227.
- Polyak Y.M., Sukcharevich V.I. Allelopathic interactions between plants and microorganisms in soil ecosystems // Biol. Bul. Rev. 2019. V. 9 (6). P. 562–574.
- Марфенина О.Е., Кулько А.Б., Иванова А.Е. Микроскопические грибы во внешней среде города // Микол. и фитопатол. 2002. Т. 36. Вып. 4. С. 22–31.
- Kensler T.W., Roebuck B.D., Wogan G.N., Groopman J.D. Aflatoxin: a 50-year odyssey of mechanistic and translational toxicology // Toxicol. Sci. 2011. V. 120. Supp. l. S. 28–48.
- Samson R.A., Visagie C.M., Houbraken J., Hong S.B., Hubka V., Klaassen C.H. Phylogeny, identification and nomenclature of the genus Aspergillus // Stud. Mycol. 2014. V. 78. P. 141–173.
- Varga J., Juhasz A., Kevei F., Kozakiewich Z. Molecular diversity of agriculturally important Aspergillus species // Europ. J. Plant Pathol. 2004. V. 110. P. 627–640.
- Vanhoutte I., Audenaert K., De Gelder L. Biodegradation of mycotoxins: Tales from known and unexplored worlds // Front. Microbiol. 2016. V. 7. P. 561.
- Bornehag C.G., Sundell J., Bonini S., Custovic A., Malmberg P., Skerfving S., Sigsgaard T., Verhoeff A. Dampness in buildings as a risk factor for health effects, EUROEXPO: a multidisciplinary review of the literature (1998–2000) on dampness and mite exposure in buildings and health effects // Indoor Air. 2004. V. 14 (4). P. 243–257.
- Frisvad J.C. A critical review of producers of small lactone mycotoxins: patulin, penicillic acid and moniliformin // World Mycotoxin J. 2018. V. 11(1). P. 73–100.
- Ji F., He D., Olaniran A.O. Occurrence, toxicity, production and detection of Fusarium mycotoxin: a review // Food Prod. Process and Nutr. 2019. V. 1. P. 6.
- Elmholt S. Mycotoxins in the soil environment // Secondary metabolites in soil ecology. Soil Biology / Ed. P. Karlovsky. Heidelberg: Springer, 2008. P. 167–203.
- Седова И.Б., Киселева М.Г., Чалый З.А., Аксенов И.В., Захарова Л.П., Тутельян В.А. Анализ результатов мониторинга загрязнения микотоксинами продовольственного зерна урожаев 2005–2016 гг. // Усп. мед. микол. 2018. Т. 19. С. 329–330.
- Perrone G., Ferrara M., Medina A., Pascale M., Magan N. Toxigenic fungi and mycotoxins in a climate change scenario: Ecology, genomics, distribution, prediction and prevention of the risk // Microorganisms. 2020. V. 8 (10). 1496.
- Venkatesh N., Keller N.P. Mycotoxins in conversation with bacteria and fungi // Front Microbiol. 2019. V. 10. 403.
- Kamle M., Mahato D.K., Devi S., Lee K.E., Kang S.G., Kumar P. Fumonisins: Impact on agriculture, food, and human health and their management strategies // Toxins. 2019. V. 11 (6). P. 328. https://doi.org/10.3390/toxins11060328
- López P., Venema D., Rijk T., Kok A., Scholten J.M., Hans G.J., Nijs M.M. Occurrence of Alternaria toxins in food products in the Netherlands // Food Control. 2016. V. 60. P. 196–204.
- Mao Z., Sun W., Fu L., Luo H., Lai D., Zhou L. Natural dibenzo-α-pyrones and their bioactivities // Molecules. 2014. V. 19 (4). P. 5088–5108.
- Кононенко Г.П., Пирязева Е.А., Буркин А.А. Продуцирование альтернариола у популяций мелкоспоровых видов Alternaria, ассоциированных с зерновыми кормами // Сел.-хоз. биол. 2020. Т. 55 (3). С. 628–637.
- Puvača N., Avantaggiato G., Merkuri J., Vuković G., Bursić V., Cara M. Occurrence and determination of Alternaria mycotoxins alternariol, alternariol monomethyl ether, and tentoxin in wheat grains by QuEChERS Method // Toxins. 2022. V. 14(11). 791.
- Bren U., Guengerich F.P., Mavri J. Guanine alkylation by the potent carcinogen aflatoxin B1: quantum chemical calculations // Chem. Res. Toxicol. 2007. V. 20. P. 1134–1140.
- Winter G., Pereg L.L. A review on the relation between soil and mycotoxins: Effect of aflatoxin on field, food and finance // Europ. J. Soil Sci. 2019. V. 70. P. 882–897.
- Juraschek L.M., Kappenberg A., Amelung W. Mycotoxins in soil and environment // Sci. Total Environ. 2022. V. 814. P. 152425.
- Perrone G., Gallo A., Susca A. Aspergillus // Molecular detection of foodborne pathogens / Ed. L. Dongyou. USA: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2010. P. 529–548.
- Perrone G., Susca A. Penicillium species and their associated mycotoxins // Methods Mol. Biol. 2017. V. 1542. P. 107–119.
- Otero C., Arredondo C., Echeverría-Vega A., Gordillo-Fuenzalida F. Penicillium spp. mycotoxins found in food and feed and their health effects // World Mycotoxin J. 2020. V. 13 (3). P. 323–343.
- Lillehoj E.B., Elling F. Environmental conditions that facilitate ochratoxin contamination of agricultural commodities // Acta Agric Scand. 1983. V. 33. P. 113–128.
- Scharf D.H., Brakhage A.A., Mukherjee P.K. Gliotoxin – bane or boon? // Environ. Microbiol. 2016. V. 18. P. 1096–1109.
- Ruiz J.A., Bernar E.M., Jung K. Production of siderophores increases resistance to fusaric acid in Pseudomonas protegens Pf-5 // PLoS ONE. 2015. V. 10. e0117040.
- Martín-Rodríguez A., Reyes F., Martín J., Pérez-Yépez J., León-Barrios M., Couttolenc A. Inhibition of bacterial quorum sensing by extracts from aquatic fungi: first report from marine endophytes // Mar. Drugs. 2014. V. 12. P. 5503–5526.
- Rasmussen T.B., Skindersoe M.E., Bjarnsholt T., Phipps R.K., Christensen K.B., Jensen P.O. Identity and effects of quorum-sensing inhibitors produced by Penicillium species // Microbiology. 2005. V. 151. P. 1325–1340.
- Bacon C.W., Hinton D.M., Mitchell T.R. Is quorum signaling by mycotoxins a new risk-mitigating strategy for bacterial biocontrol of Fusarium verticillioides and other endophytic fungal species? // J. Agric. Food Chem. 2017. V. 65. P. 7071–7080.
- van Rij E.T., Girard G., Lugtenberg B.J.J., Bloemberg G.V. Influence of fusaric acid on phenazine-1-carboxamide synthesis and gene expression of Pseudomonas chlororaphis strain PCL1391 // Microbiology. 2005. V. 151. P. 2805–2814.
- Rajasekharan S. K., Lee J.-H., Zhao Y., Lee J. The mycotoxin zearalenone hinders Candida albicans biofilm formation and hyphal morphogenesis // Ind. J. Microbiol. 2018. V. 58. P. 19–27.
- Liaqat I., Bachmann R.T., Sabri A.N., Edyvean R.G.J. Isolate specific effects of patulin, penicillic acid and EDTA on biofilm formation and growth of dental unit water line biofilm isolates // Curr. Microbiol. 2010. V. 61. P. 148–156.
- Falade T.D.O., Syed Mohdhamdan S.H., Sultanbawa Y., Fletcher M.T., Harvey J.J.W., Chaliha M. In vitro experimental environments lacking or containing soil disparately affect competition experiments of Aspergillus flavus and co-occurring fungi in maize grains // Food Addit. Contam. 2016. V. A33. P. 1241–1253.
- Müller M.E., Steier I., Köppen R., Siegel D., Proske M., Korn U., Koch M. Cocultivation of phytopathogenic Fusarium and Alternaria strains affects fungal growth and mycotoxin production // J. Appl. Microbiol. 2012. V. 113. № 4. P. 874–887.
- López-Díaz C., Rahjoo V., Sulyok M., Ghionna V., Martín-Vicente A., Capilla J. Fusaric acid contributes to virulence of Fusarium oxysporum on plant and mammalian hosts // Mol. Plant Pathol. 2018. V. 19. P. 440–453.
- Pfliegler W.P., Pócsi I., Győri Z., Pusztahelyi T. The Aspergilli and their mycotoxins: Metabolic interactions with plants and the soil biota // Front Microbiol. 2020. V. 10. 2921.
- Reverberi M., Punelli M., Scala V., Scarpari M., Uva P., Mentzen W.I. Genotypic and phenotypic versatility of Aspergillus flavus during maize exploitation // PLoS One. 2013. V. 8. e68735.
- Свистова И.Д., Щербаков А.П., Фролова Л.О. Фитотоксическая активность черноземных сапрофитных микромицетов: специфичность, сорбция и стабильность фитотоксинов в почве // Прикл. биохим. и микробиол. 2003. Т. 39. № 4. С. 441–445.
- Xu X.M., Berrie A.M. Epidemiology of mycotoxigenic fungi associated with Fusarium ear blight and apple blue mould: a review // Food Addit. Contam. 2005. V. 22. P. 290–301.
- Anjorin A.T., Inje T. Effect of total aflatoxin on the growth characteristics and chlorophyll level of sesame (Sesamum indicum L.) // New York Sci. J. 2014. V. 7. P. 8–13.
- Zhang C.L., Zheng B.Q., Lao J.P., Mao L.J., Chen S.Y., Kubicek C.P. Clavatol and patulin formation as the antagonistic principle of Aspergillus clavatonanicus, an endophytic fungus of Taxus mairei // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2008. V. 78. P. 833–840.
- Benoit I., van den Esker M.H., Patyshakuliyeva A., Mattern D.J., Blei F., Zhou M. Bacillus subtilis attachment to Aspergillus niger hyphae results in mutually altered metabolism // Environ. Microbiol. 2015. V. 17. P. 2099–2113.
- Luo M., Brown R.L., Chen Z.Y., Menkir A., Yu J., Bhatnagar D. Transcriptional profiles uncover Aspergillus flavus-induced resistance in maize kernels // Toxins. 2011. V. 3. P. 766–786.
- Dhakal R., Chai C., Karan R., Windham G.L., Williams W.P., Subudhi P.K. Expression profiling coupled with in-silico mapping identifies candidate genes for reducing aflatoxin accumulation in maize // Front. Plant Sci. 2017. V. 8. P. 503.
- Dolezal A.L., Shu X., OBrian G.R., Nielsen D.M., Woloshuk C.P., Boston R.S. Aspergillus flavus infection induces transcriptional and physical changes in developing maize kernels // Front. Microbiol. 2014. V. 5. P. 384.
- Bedre R., Rajasekaran K., Mangu V.R., Sanchez Timm L.E., Bhatnagar D., Baisakh N. Genome-wide transcriptome analysis of cotton (Gossypium hirsutum L.) identifies candidate gene signatures in response to aflatoxin producing fungus Aspergillus flavus // PLoS One 2015. V. 10. e0138025.
- Bellincampi D., Cervone F., Lionetti V. 2014. Plant cell wall dynamics and wall-related susceptibility in plant-pathogen interactions // Front. Plant Sci. V. 5. P. 228.
- Wang H., Lei Y., Yan L., Wan L., Ren X., Chen S. Functional genomic analysis of Aspergillus flavus interacting with resistant and susceptible peanut // Toxins. 2016. V. 8. P. 46.
- Verheecke C., Liboz T., Mathieu F. Microbial degradation of aflatoxin B1: current status and future advances // Inter. J. Food Microbiol. 2016. V. 237. P. 1–9.
- Li P., Su R., Yin R., Lai D., Wang M., Liu Y., Zhou L. Detoxification of mycotoxins through biotransformation // Toxins. 2020. V. 12 (2). P. 121.
- Поляк Ю.М., Сухаревич В.И. Почвенные ферменты и загрязнение почв: биодеградация, биоремедиация, биоиндикация // Агрохимия. 2020. № 3. С. 83–93.
- Guan S., Zhao L., Ma Q., Zhou T., Wang N., Hu X. In vitro efficacy of Myxococcus fulvus ANSM068 to biotransform aflatoxin B1 // Inter. J. Mol. Sci. 2010. V. 11. P. 4063–4079.
- Alberts J.F., Engelbrecht Y., Steyn P.S., Holzapfel W., van Zyl W. Biological degradation of aflatoxin B-1 by Rhodococcus erythropolis cultures // Inter. J. Food Microbiol. 2006. V. 109. P. 121–126.
- Rodriguez H., Reveron I., Doria F., Costantini A., De Las R.B., Muňoz R. Degradation of ochratoxin A by Brevibacterium species // J. Agric. Food Chem. 2011. V. 59. P. 10755–10760.
- Ola A.R.B., Thomy D., Lai D., Brötz-Oesterhelt H., Proksch P. Inducing secondary metabolite production by the endophytic fungus Fusarium tricinctum through coculture with Bacillus subtilis // J. Nat. Prod. 2013. V. 76. P. 2094–2099.
- Spraker J.E., Wiemann P., Baccile J.A., Venkatesh N., Schumacher J., Schroeder F.C. Conserved responses in a war of small molecules between a plant-pathogenic bacterium and fungi // MBio. 2018. V. 9. e00820-18.
- Simonetti E., Roberts I.N., Montecchia M.S., Gutierrez-Boem F.H., Gomez F.M., Ruiz J.A. A novel Burkholderia ambifaria strain able to degrade the mycotoxin fusaric acid and to inhibit Fusarium spp. Growth // Microbiol. Res. 2018. V. 206. P. 50–59.
- Crutcher F.K., Liu J., Puckhaber L.S., Stipanovic R.D., Duke S.E., Bell A.A. Conversion of fusaric acid to fusarinol by Aspergillus tubingensis: a detoxification reaction // J. Chem. Ecol. 2014. V. 40. P. 84–89.
- Fakhouri W., Walker F., Armbruster W., Buchenauer H. Detoxification of fusaric acid by a nonpathogenic Colletotrichum sp. // Physiol. Mol. Plant Pathol. 2003. V. 63. P. 263–269.
- Crutcher F.K., Puckhaber L.S., Bell A.A., Liu J., Duke S.E., Stipanovic R.D. Detoxification of fusaric acid by the soil microbe Mucor rouxii // J. Agric. Food Chem. 2017. V. 65. P. 4989–4992.
Дополнительные файлы
