原來益生菌也可以對抗黴菌毒素?

　　飼料原料在全球化之下，因產地氣候變化，運送及倉儲條件不一，黴菌毒素汙染可能發生在複雜的飼料加工鏈的任何部分，從產地收穫、加工、運輸至儲存等過程都可能產生，對人類及家畜的健康皆構成了嚴重的威脅。黴菌毒素是由黴菌合成分泌的次級代謝物，動物一旦食用受汙染的飼料可能會導致許多急性和慢性的不良健康影響，包括生長遲緩、免疫反應受抑制、嘔吐、繁殖問題和破壞器官等系統性疾病，這些飼料污染所造成的浪費及經濟損失對養殖及飼料業造成很大的負擔。

　　因此產學界也陸續發展了許多各種用於去除飼料中黴菌毒素的策略，大致可分為物理、化學及生物方法。目前被產業最大宗利用的為物理及化學方法，雖然這類方法能以不同程度地去除黴菌毒素，但仍存在一些問題，如安全性、過量吸附重要營養素造成的損失、因使用量過高而佔據飼料營養濃度、成本問題等，這些限制了他們在飼料工業中的應用及實際效果。而近年來各種生物解毒方法，尤其是直接利用微生物或酵素之生物方法，已具商業化的潛質，也成為了新一類的黴菌毒素處理產品。迄今為止，已發現各種微生物包括一些細菌、酵母菌等都有降解黴菌毒素的能力。本文將針對新型態的微生物黴菌毒素處理方法進行探討及整理。

利用益生菌處理黴菌毒素

1.快速回顧益生菌的特性

　　世界衛生組織(WHO) 將益生菌定義為「於適量下攝取時對宿主有益健康的活性微生物」，因這類微生物具有生產不同物質、特定功能的特性，這些非病原性、無毒性及發酵微生物已被廣泛應用於不論是畜產、水產養殖，甚至是寵物的健康管理上，除了基本的維持菌叢平衡及促進消化功能外，益生菌還提供了許多好處，包括可作為生產特殊生物分子（如酵素、玻尿酸、胺基酸）等的生物工廠、調節炎症及免疫反應等。目前最廣泛研究和被使用的益生菌包括了乳酸菌(Lactobacillus spp.)、雙歧桿菌(Bifidobacterium)、酵母菌(Yeast, Saccharomyces cerevisiae)、芽孢桿菌(Bacillus spp.)等。此外，近期某些特定菌株的益生菌也被指出在去除重金屬、殺蟲劑及黴菌毒素等有毒物質汙染方面具有效果，具有作為針對食品安全或飼料品質管理的生物控制劑之潛能。

圖1. 益生菌多元機制保護宿主動物 (圖片來源: Srednicka et al., 2021)

2.益生菌處理黴菌毒素之相關機制

　　益生菌針對黴菌毒素的處理主要可透過下述幾種機制:表面吸附、生物轉化/降解、胞外酵素作用，以及形成生物性屏障。微生物的表面吸附去除毒素是個快速且可逆的過程，不會對基質產生化學變化，而生物轉化/降解則是永久性的，會產生代謝產物，這些轉化過程可以改變毒素的半衰期、毒素和生物利用度。而益生菌補充另外的益處是能夠穩定腸道微生物的生態，並恢復因接觸毒素而擾亂的狀態，並且也可作為生物性屏障，以調整腸道的pH值及氧化平衡，並產生能夠轉化代謝毒素或異物質的酵素，來降低動物體對毒素的吸收及代謝負擔。

(1) 微生物表面吸附黴菌毒素

　　許多益生菌的菌體表面或本身可與毒素互相結合，但結合能力會依據菌株而有所不同，並且取決於毒素的天然結構以及當下的物化條件。益生菌細胞結構的成分在吸附毒素中扮演較要的腳色，一般乳酸菌及芽孢桿菌具有革蘭氏陽性菌的典型細胞壁結構，由厚而多層的肽聚醣及其他多種醣基及蛋白質的聚合物所組成，可能帶有大量帶負電的功能基團，因此可促進許多帶正電物質的吸附能力，另外常見的酵母菌如Saccharomyces屬的細胞壁，主要由內層的β-葡聚醣和幾丁質以及外層的高度糖基化的甘露糖蛋白所組成，這些醣類聚合物也對黴菌毒素具有吸附的作用。

(2) 益生菌群的生物轉化/降解能力

　　許多益生菌株，尤其是某些從具豐富多樣微生物的土壤、動物腸胃或是作物體上篩選出的菌株，被發現能夠利用許多不同的機制將複雜的汙染物轉化成無害或較不具毒性的分子。

★微生物胞內代謝毒素
　　除了微生物表面吸附毒素之外，部分毒素也會通過微生物細胞膜上的特殊蛋白質通道，進入微生物體內，在經歷一系列的為生物胞內代謝或生物轉化反應，如水解、氧化、還原、去除硫基、蛋白質水解、去醣基化、去甲基化等反應後，再將較不具毒性的物質排出或存留於微生物體內。而考慮到腸道中多半為厭氧條件，微生物本身也可以利用還原毒素的機制來增加其電子受體的數量，使其能吸附更多的毒素，水解反應也可使部分醣類結構從部分的毒素或其他營養源中分離出來，作為供應微生物生長的能量來源，如在一早期的研究中發現(Bull, 1989)，一從土壤所採集出的細菌落能夠利用T-2毒素作為碳源和能量來源。

★微生物分泌胞外轉化酵素
　　已有許多由微生物所分泌的酵素被發現與毒素的代謝有關，包括水解酶 (hydrolysis)、裂解酶(lyases)、氧化還原酶(ocidoreyctases)及轉移酶(transferases)等。這類的胞外酵素經由微生物分泌後可在腸道、飼料原料或環境中針對毒素進行分解化轉化等動作，以去除造成動物機體傷害的毒性物質。與使用活的微生物相比，使用純化的酵素有幾個優點，例如易於處理、使用表現一致、高效率和高特異性等，但這些黴菌毒素酵素是在微生物的細胞內產生和儲存的，因此較難以從中純化出特定的酵素，因此仍會建議直接使用來源微生物作為相關材料的載體，而非直接提取酵素作為產品使用。

★與微生物產生的代謝物之交互作用
　　部分的毒素也會與益生菌產生的代謝物如，有機酸、酚類、脂肪酸及小分子生物肽等物質產生交互作用或結合，使其毒性降低，或轉化成無毒性的生物分子。

★使用微生物製造生產重組酵素
　　因天然的酵素有不易純化提取及品質控管的缺點，現今也有許多生物技術被應用於生產黴菌毒素轉化酵素，透過基因工程技術可以大量的生產標的酵素，以獲得較便宜且經濟的產品，然而此類產品仍有一些爭議，因其是使用基因改造的菌株，因此產品的純化程度、是否還殘存有基改過後的菌體可能會造成未知的影響等，都還有待商榷，因此在部分地區，基改工程製造的飼料添加劑仍有些使用上的限制。

圖2. 益生菌處理黴菌毒素之相關機制 (圖片來源: Srednicka et al., 2021)

(3) 強化腸道功能及形成生物性屏障，提升宿主的排毒能力

　　益生菌群的抗氧化及免疫調節能力，也能幫助動物適應毒素所引起的腸道環境變化，也可能競爭性地抑制飼料汙染物如黴菌毒素和重金屬被吸收，降低宿主受到這些外來物的影響，另外益生菌還可以透過刺激腸道蠕動，從而促進從排泄物中排出這些有毒物質，減少毒素存留在動物體內的時間，並透過強化腸道屏障功能和調節小腸上皮細胞的緊密連接，來限制毒素進入宿主的系統循環。部分益生菌株也能產生抑制黴菌的生長物質，從飼料的源頭來抑制更多的黴菌增生，間接控制繼發性的黴菌毒素產生。

　　在複雜的加工和儲存過程中，飼料可能會被多種毒素汙染，而毒素間彼此會有加乘的毒性作用，因此多種毒素需要能夠同時有效被降解。因此較新的研究指出，相較只使用單獨的益生菌作為解毒劑，也可以將益生菌與黴菌降解酵素結合、同時使用多種不同的複合益生菌菌株，或可將不同機制的黴菌毒素處理成分混合使用，將能達到更佳的使用效果。

　　黴菌毒素的汙染一直是飼料及養殖產業十分關注且迫切解決的問題，動物若長期暴露於這些毒素下，除了會造成養殖產業的經濟損失外，對於動物福利也會造成不良的影響，因此許多方法已被開發用於毒素的清除，而使用生物處理的方法目前被認為是相對最安全的方法。益生菌有許多有益於宿主的特性，能夠助於動物緩解或減輕各類毒素所引起的腸道菌群失衡、慢性中毒等問題，然而市面上的益生菌百百種，並非所有的益生菌皆有排除轉化毒素的功能，因此在產品的辨別選擇上即十分重要，必須使用特定菌株並確定其相關的機制，並進行相應的體外試驗以及動物試驗，確保使用到正確的益生菌產品，方能有效對抗黴菌毒素所造成的問題!

本文參考&改寫自:
[1] Liu L., Xie M. and Wei D. (2022) Review: Biological detoxification of mycotoxins: current status and future advances. International Journal of Molecular Sciences. 23:1064.
[2] Srednicka P., Juszczuk-Kubiak E., Wojcicki M., Akimowicz M. and Roszko M. (2021) Review: Probiotics as a biological detoxification tool of food chemical contamination: a review. Food and Chemical Toxicology. 153:112306.