真菌被用于抑制致癌毒素

对抗化学毒素黄曲霉毒素的关键在于促进非洲作物上真菌的生长

在尼日利亚北部一户人家的屋顶上,自然感染了黄曲霉霉菌的玉米正在晾晒。

图片由 Joseph Atehnkeng,国际热带农业研究所 提供

在尼日利亚数千英亩的田地里,一排排金黄色的玉米粒上点缀着霉菌。这种真菌通常是肉眼看不见的,但即使当它的菌丝以绿黑色的生长物可见时,它也不被认为是 nuisance。相反,许多农民很高兴得知它已经定居下来,因为它保护他们的作物免受威胁人类健康的物质的侵害。

在过去的几年里,西非越来越多的农民有意识地用特定菌株的黄曲霉霉菌感染他们的玉米,以此来抵御另一种菌株的真菌。另一种不受欢迎的黄曲霉菌株会产生一种叫做黄曲霉毒素的毒素,它会使食用它的人,特别是多年食用它的人,生病或死亡。

在急性水平下,黄曲霉毒素会毒害人或动物,直接杀死它们。这种物质还与大量食用它的儿童的生长迟缓和免疫抑制有关。此外,据估计,黄曲霉毒素每年导致约 90,000 例肝癌病例。产生黄曲霉毒素的真菌生长在多种作物上,包括玉米、花生和棉花。


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黄曲霉毒素的威胁并非新鲜事或仅限于非洲,但这种毒素对作物检测不太严格的贫困国家的人们的影响尤为严重。食用受污染食物的频率也决定了它们的风险。“在非洲,在玉米消费地区,他们从断奶开始,每周七天,每天两次食用黄曲霉毒素。而且他们没有吃太多其他东西,所以接触程度要严重得多,”植物病理学家 Kitty Cardwell 说,她负责监督美国农业部国家食品和农业研究所的几个项目的资金。

尽管美国和欧洲制定了强有力的法规来限制食品中可能存在的毒素含量,但在发展中国家,这个问题一直存在,这些国家很少在市场上进行黄曲霉毒素检测(尽管对国际出口的作物有严格的检测)。但即使在非洲的一些市场上存在黄曲霉毒素的化学检测,含有黄曲霉毒素的作物也可能不会被丢弃。相反,农民有时会将被拒绝的作物带回家与家人一起食用,或者以折扣价卖给需要食物的低收入人群。

没有简单的方法可以阻止黄曲霉毒素。产生黄曲霉毒素的真菌自然生长在土壤中——一旦在那里,几乎不可能去除。当玉米和花生等作物的免疫系统因高温和干旱胁迫等条件而减弱时,它们更容易受到产生黄曲霉毒素的霉菌的影响。通过仔细干燥作物并在储存期间保护其免受潮湿和昆虫侵害,可以阻止霉菌的生长。但是采取这样的措施可能很困难,尤其是在雨水常见的潮湿气候中。这就是为什么非洲的农民已经开始用有毒的黄曲霉的良性近亲来处理作物——这种生物防治方法已经在亚利桑那州和德克萨斯州的许多农场建立。

一旦好的霉菌在农田中扎根,它就会排挤有问题的霉菌,使其缺乏生存和茁壮成长所需的资源。像这样的生物防治技术在美国已经使用了十多年。但即使这种方法在美国被接受,也并不意味着就能够在其他国家使用它。

在尼日利亚,研究人员测试了数百个作物样本,其中寄生着数千个曲霉菌样本,试图确定一种当地的良好黄曲霉菌株,该菌株能够胜任控制不良真菌的任务。“我们花了六年时间才使尼日利亚的第一个产品达到田间试验水平,又花了五年时间才从监管机构获得完全注册 status,”植物病理学家 Ranajit Bandyopadhyay 通过电子邮件解释说。Bandyopadhyay 就职于国际热带农业研究所 (IITA),该组织正在撒哈拉以南非洲地区牵头开展真菌防治行动。一路走来,该小组的研究得到了德国政府、尼日利亚伊巴丹大学和美国农业部以及其他机构的部分资助。去年,该研究小组在该国建立了一家制造厂,最终能够帮助满足对这些产品的巨大需求。该工厂由比尔和梅琳达·盖茨基金会资助,每小时可生产五吨霉菌——足以覆盖超过 1250 英亩的作物。“制造工艺在世界范围内是首创的,”Bandyopadhyay 写道。“这项有前景的技术首次触手可及,”他说。

但这项技术仍然推广缓慢。Bandyopadhyay 说,2014 年非洲仅处理了约 24,500 英亩土地,预计今年尼日利亚、塞内加尔和肯尼亚总共将处理近 100,000 英亩土地。(迄今为止,尚无对该非营利组织数据的独立验证。)这只是非洲农田的一小部分——例如,仅尼日利亚就有约 1050 万英亩玉米——但其支持者希望这个数字会增长。主要障碍不是人们对有意在作物上施用真菌感到警惕。相反,障碍是购买真菌进行施用的成本,Bandyopadhyay 说。

每个国家都在以不同的方式处理这项技术及其融资,但这项技术的工作原理大致相同。例如,在尼日利亚,农民只需在作物开花前几周将产品——涂有“好霉菌”孢子的死亡高粱谷物——手工撒在作物上。Bandyopadhyay 说,在为期四年的田间试验中,尼日利亚农民使用这种名为 Aflasafe 的产品,能够将玉米和花生中的黄曲霉毒素污染减少约 80% 到 90%。他的团队计划将这项工作提交给同行评审期刊。据 IITA 称,尽管该研究中的农民是免费获得该产品的,但购买该产品的农民也在盈利。他们的数据表明,在过去几年中,当该产品在尼日利亚销售时,农民每花费一美元购买 Aflasafe,就能获得高达 5.10 美元的利润。(农民通常每英亩玉米需要花费大约 5 美元到 8 美元。)

然而,农民使用 Aflasafe 能够赚钱的部分原因是,他们被纳入了一项聚合服务,该服务将收集他们的产品并将其带到市场上,买家将在市场上为低黄曲霉毒素产品支付高价,Cardwell 指出。对于在更非正式市场上销售产品的农民来说,要盈利会更加困难。

然而,干预的需求是巨大的。据美国疾病控制和预防中心称,估计有 45 亿居住在发展中国家的人口可能通过食物长期接触黄曲霉毒素。更重要的是,非洲国家 85% 到 100% 的儿童的尿液中要么检测到黄曲霉毒素,要么血液中有黄曲霉毒素的生物标志物。在伊朗、土耳其和喀麦隆的母乳样本中也发现了它。

即使在尼日利亚取得了成功,黄曲霉生物防治计划的好处也缓慢地渗透到人类食物链中。大多数低黄曲霉毒素作物仍然被家禽生产商购买,用于喂养原本会体弱多病和发育迟缓的鸡。据美国农业部称,包括雀巢和联合国世界粮食计划署在内的当地采购玉米的组织也对此感兴趣。然而,有一群人可能已经吃得更健康了:农民。农民通常会留出一部分收成来喂养自己的家庭,因此如果他们所有的作物都减少了黄曲霉毒素,那么他们的家庭现在也吃得更健康了。“显然,我们都希望将毒素从人类食物供应中去除,”Cardwell 指出,“但为了激励农民承担额外的成本和田间操作,他们必须有一个重视低毒素水平的市场。”通过向家禽生产商销售来启动市场可能是一个正确的方向。

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