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罕見毒素—米酵菌酸(bongkrekic acid)

閱讀時間約 5 分鐘

最近台灣發生一起嚴重的食物中毒事件,被證實是米酵菌酸所引起。在台灣首次出現這種中毒案例,許多人對這個毒素非常陌生,藉此寫篇科普文章讓大家稍微瞭解這個毒素是怎麼出現的以及對人體有何作用。當然我們這裡會更偏向生物學的角度來探討米酵菌酸。

米酵菌酸(bongkrekic acid)

米酵菌酸(bongkrekic acid)


米酵菌酸是一種高度不飽和脂肪酸,在高溫下分子依然可以十分穩定,它是由唐菖蒲伯克氏菌(Burkholderia gladioli)的其中一種致病株—椰毒病株(cocovenenans)所產生。唐菖蒲伯克氏菌屬於革蘭氏陰性菌,喜歡在有氧氣的環境下生存,外形呈桿狀,是在泥土或植物上常見的細菌,椰毒病株在這些環境中也不少見。

伯克氏菌的電子顯微鏡照片(感謝Janice Carr提供)

伯克氏菌的電子顯微鏡照片(感謝Janice Carr提供)


米酵菌酸被認為是這種細菌的次級代謝物。許多微生物都能產生次級代謝物,通常是用來抑制周圍其他種類微生物生長的手段,抗生素就屬於微生物的次級代謝物,例如我們從鏈黴菌屬的細菌分離出來的四環黴素便是因為它能夠拿來殺細菌但又對人體較無害,因此做為醫療使用。我們的腸道微生物一樣也能產生許多維持腸道健康的次級代謝物。不管是對人有益還是有害,這都是生物共生與競爭所創造出來的結果。

除了台灣以外,印尼與中國也曾發生過數次米酵菌酸中毒事件。印尼有一種傳統食物,是將椰漿利用少孢根黴(Rhizopus oligosporus)發酵製成的椰子發酵餅(tempe bongkrek),而唐菖蒲伯克氏菌的椰毒病株容易出現在椰子。在發酵過程中少孢根黴與唐菖蒲伯克氏菌彼此競爭之下,少孢根黴沒有壓制唐菖蒲伯克氏菌生長時,又剛好符合唐菖蒲伯克氏菌產生米酵菌酸的條件下(溫度22-30℃、pH 6.5-8.0),椰子發酵餅就會帶有米酵菌酸,使這傳統食物造成印尼多起案例累計超過一千人死亡。


中國有許多人會吃銀耳(Tremella fuciformis)以及使用發酵過的穀物粉製作麵、餅、餃子等等的習慣,穀物與銀耳有時也存在椰毒病株,而來源可能是曾沾染到泥土。這使中國自1953年至2014年的米酵菌酸中毒事件有超過九百人死亡。

有研究顯示米酵菌酸只要1-1.5毫克的量就能致人死亡。一旦吃到遭汙染的食物,在短時間之內就會出現萎靡不振、暈眩昏迷、嗜睡、盜汗、心悸、腹痛、嘔吐、腹瀉、血便、血尿、尿滯留、低血壓、體溫升高、黃疸、四肢僵硬、呼吸異常、譫妄、休克等症狀,嚴重者多重器官衰竭,不到一天內就死亡。統計在印尼的死亡率約60%,在中國則40%。

Tempe bongkrek(感謝dapoerlys.blogspot.com/Merdeka.com提供)

Tempe bongkrek(感謝dapoerlys.blogspot.com/Merdeka.com提供)



為什麼米酵菌酸會如此劇毒呢?它的目標是我們細胞內的粒腺體。接下來我必須先向大家科普一點點生物小知識:

生物體內大部分的能量都是使用三磷酸腺苷(Adenosine triphosphate,ATP,分子上存在三個磷酸根)當作媒介,當ATP的能量被某個代謝途徑使用之後,ATP就會失去一個鄰酸根變成ADP,隨後如果想要將ADP再重新變成ATP就必須靠身體攝取的食物所獲得的醣類、蛋白質、脂肪等等的分子進行轉換與分解代謝,如醣解作用、粒線體的電子傳遞鏈等,再將能量提供給ADP生成ATP。

三磷酸腺苷(ATP)

三磷酸腺苷(ATP)


在此我們來聊聊粒線體的電子傳遞鏈,粒線體有兩層膜,分為外層膜與內層膜,內層膜存在進行電子傳遞鏈的各種蛋白質,當電子傳遞於這些蛋白質之間時,粒線體內部的氫離子會釋放到兩層膜之間,此時會產生內外氫離子濃度差。這時有個聚合蛋白叫做三磷酸腺苷合酶(ATP synthase)會將兩層膜間的氫離子又帶回內部,與此同時將傳輸氫離子的能量將內部的ADP合成ATP。

細胞各個角落都有許多工作要做,都需要使用到ATP,因此ATP或ADP都要能夠任意地進入粒線體與離開粒線體。粒線體的膜上有一個重要的聚合蛋白叫做ADP/ATP轉運蛋白(adenine nucleotide translocator),能將使用完的ADP送進粒線體內,將合成好的ATP送出粒線體。這個工作是每分每秒不斷在運作的,因為細胞也是每分每秒不斷地在運作。

粒線體電子傳遞鏈(ANT:ADP/ATP轉運蛋白)(感謝Mehruba Anwar et al提供)

粒線體電子傳遞鏈(ANT:ADP/ATP轉運蛋白)(感謝Mehruba Anwar et al提供)


米酵菌酸的分子結構能與ADP/ATP轉運蛋白結合,導致轉運蛋白停止工作,這使細胞缺乏能量,在短時間內就開始一個一個壞死,最終導致個體死亡。

目前還沒有針對米酵菌酸的治療方法,只有支持性療法。此外因高溫時米酵菌酸分子結構依然穩定,故烹煮無法消除米酵菌酸。所以大家只能在用餐時對於食物的來源還有餐飲工作者的衛生管理層面多加注意。

作者:水也佑

參考文獻:

Anwar, M. et al. (2017). Bongkrekic Acid—a Review of a Lesser-Known Mitochondrial Toxin. J Med Toxicol.

你對古生物了解多少呢?在進入這個領域之前這裡提供古生物學的基本認知~
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