Нанотехнологии в борьбе с A. flavus и F. proliferatum: ингибирование роста грибов и биосинтеза микотоксинов с помощью наночастиц оксида цинка

Почему важно более безопасное зерно

Кукуруза — один из важнейших основных продуктов питания в мире, кормящий людей и животных на всех континентах. Однако это привычное зерно может скрытно содержать токсичные плесени, которые повреждают печень, ослабляют иммунную систему и даже способствуют развитию рака. Традиционные химические обработки для сдерживания этих грибов могут оставлять собственные остатки и вызывать экологические опасения. В этом исследовании рассматривается новый подход из области нанотехнологий: использование крошечных частиц оксида цинка для остановки как роста опасных грибов, так и производства их токсинов в системах на основе кукурузы.

Мельчайшие частицы с большой задачей

Исследователи сосредоточились на двух печально известных виновниках, которые часто заражают кукурузу: Aspergillus flavus, продуцирующем афлатоксины, и Fusarium proliferatum, производящем фумонизин B1. Эти токсины относятся к числу самых вредных известных пищевых загрязнителей. Вместо обычных фунгицидов команда синтезировала наночастицы оксида цинка — ультра‑маленькие стержневидные кристаллы вещества, уже применяемого в солнцезащитных средствах, покрытиях и упаковке продуктов. С помощью микроволнового нагрева они получили высокочистые, хорошо сформированные нанопалочки оксида цинка и тщательно проверили их размер, форму и структуру с помощью таких методов, как рентгеновская дифракция и электронная микроскопия.

Как останавливают грибы

Чтобы выяснить, смогут ли эти наностержни бороться с грибами, ученые подвергли оба вида плесени действию разных концентраций наночастиц. При 150 частей на миллион — относительно низком уровне — частицы сократили рост A. flavus примерно на три четверти и почти полностью подавили рост F. proliferatum. Обычная соль цинка, напротив, не давала такого эффекта в тех же условиях. Высокое увеличение изображений обработанных грибов показало усохшие, смятые нитевидные структуры и нарушенное образование спор, что свидетельствует о физическом повреждении клеток грибов наночастицами и вмешательстве в их способность к размножению.

Подавление скрытых ядов

Еще более впечатляющим, чем замедление роста, оказалось влияние на производство токсинов. При тех же 150 частях на миллион наночастицы оксида цинка почти полностью прекратили образование афлатоксинов — снизив уровни двух основных афлатоксинов на 99–99,9 процента — и сократили содержание фумонизина B1 примерно на 85 процентов. Химический анализ культурных жидкостей показал, что сигналы токсинов почти исчезли в обработанных образцах. Такое резкое падение уровней токсинов превышало то, что можно было бы ожидать только из-за уменьшения биомассы грибов, что указывает на то, что наночастицы нарушают внутренние механизмы грибов по синтезу вторичных метаболитов, а не просто лишают их питания или убивают.

Подсказки к механизмам действия

Авторы обсуждают несколько взаимосвязанных путей, с помощью которых эти частицы могут действовать. Нанопалочки способны генерировать на своих поверхностях высокореактивные формы кислорода, создавая окислительный стресс в клетках грибов. Одновременно ионы цинка могут выделяться из частиц и нарушать мембраны и сигнальные процессы. Прямой контакт острых наностержней с поверхностью гриба, вероятно, дополнительно повреждает клеточные стенки и поглощение питательных веществ. В совокупности эти нагрузки могут нарушать генетические системы контроля, включающие пути синтеза токсинов, так что производство афлатоксинов и фумонизинов рушится еще до полного устранения грибной биомассы.

Перспективы и предосторожности ради более безопасной пищи

Поскольку оксид цинка уже в некоторых областях признан безопасным для применения, авторы рассматривают эти наночастицы как перспективный инструмент защиты продуктов и кормов, особенно в покрытиях, упаковке или системах хранения зерна, где они могли бы выступать в роли фиксированных барьеров против плесени. Их двойной эффект — подавление и грибов, и их токсинов — представляет очевидное преимущество перед многими существующими методами, которые затрагивают лишь одну сторону проблемы. Вместе с тем исследование подчеркивает, что любое реальное применение должно учитывать долгосрочную безопасность и экологические последствия, такие как поведение наночастиц в почве, воде и пищевой цепочке. При тщательном контроле доз, умных конструкциях упаковки, фиксирующих частицы, и всесторонних токсикологических исследованиях наночастицы оксида цинка могут стать частью более устойчивой стратегии по защите кукурузы и других продуктов от невидимых грибных угроз.

Цитирование: Hassan, E.A., Kilany, A.H.A.M., Mahmoud, A.L.E. et al. Nano-enabled Control of A. flavus and F. proliferatum: inhibition of fungal growth and mycotoxin biosynthesis by zinc oxide nanoparticles. Sci Rep 16, 14428 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-50553-8

Ключевые слова: микотоксины, наночастицы оксида цинка, безопасность кукурузы, нанотехнологии в пищевой отрасли, антимикотический контроль