近日，浙江大学傅维琦教授团队联合自然资源部第二海洋研究所、香港大学等单位在国际TOP期刊《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology）发表重要成果。研究团队首次揭示了海洋模式硅藻三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）合成神经毒素β-N-甲基氨基-L-丙氨酸（BMAA）的潜在代谢通路，并阐明了盐度和氮浓度变化等环境因素如何显著影响其BMAA毒素积累。这一发现为预测藻华毒性风险提供了新工具，也为理解BMAA如何通过食物链威胁人类健康提供了关键科学依据。
文章以模式硅藻Phaeodactylum tricornutum为研究对象，团队模拟了河口、海岸带区域复杂的氮盐与盐度波动环境。令人警觉的是：BMAA在所有模拟海水及超富营养化条件下均被检出，证实硅藻是海洋BMAA的稳定生产者；氮源与盐度剧烈互动，共同决定BMAA的最终积累量——这意味着气候变化导致的河口、海岸带区域环境震荡，可能意外激活“毒素开关”！研究颠覆传统认知：当硅藻暴露于高氮废水（模拟污水排放）时，其碳代谢（卡尔文循环、糖酵解、脂肪酸合成）全面加速，而氮代谢与BMAA生产却被显著抑制。这一发现为通过营养盐管控降低毒素风险提供了全新思路。
文章亮点：
展开剩余79%首次基于人工智能完整解析硅藻BMAA的潜在合成路径；通过锁定前体化合物谷氨酸（Glutamate），阐明关键合成步骤依赖S-腺苷甲硫氨酸的甲基转移酶基因的表达；揭示神经毒素BMAA受海洋硅藻合成驱动并在河口与海岸带生态系统广泛分布。
文章亮点
图1. BMAA的全球分布及其致病机制
图2.不同培养条件下差异表达基因的前20项KEGG注释散点图
图3.高氮废水条件下三角褐指藻(P. tricornutum)的调控与抑制模式。
研究团队通过模拟河口、海岸带区域环境，发现硅藻的BMAA产量受盐度和氮营养水平的复杂调控。在淡水环境中，高氮污染会抑制BMAA合成；但在富营养化条件下，硅藻的毒素产量反而显著增加。而在海水环境中，高氮废水则直接抑制BMAA生成。这种“环境-毒素”关系的复杂性，使得河口生态系统的毒性风险更加难以预测。傅维琦教授解释：“就像硅藻有一套‘环境传感器’，盐度和氮含量的变化会触发不同的代谢开关，从而决定是否‘开工’生产毒素。”
图4. 不同培养条件下差异表达基因（DEGs）的富集分析
图5.三角褐指藻中BMAA 的生物合成途径的提出。
研究首次利用人工智能工具PathPred预测了BMAA在硅藻中的完整合成路径：从谷氨酸出发，经过多步反应生成中间体3-氨基丙氨酸，最终由S-腺苷甲硫氨酸（SAM）依赖性甲基转移酶催化形成BMAA。团队还锁定了可能参与这一过程的关键基因（如Phatr3_J49741），为未来开发毒素监测基因标记奠定了基础。“这就像拼图游戏，”论文第一作者、博士生王超形容，“我们通过转录组数据和AI算法，把碎片化的代谢反应串联成一条清晰的路径。”
总结
这项成果不仅为理解BMAA的生态风险提供了新视角，也为开发针对性治理策略提供了科学依据。下一步，团队计划验证预测基因的功能，并探索BMAA在自然水体中的动态变化规律。
研究工作受到国家自然科学基金的资助。浙江大学为论文第一完成单位，海洋学院博士研究生王超为第一作者，海洋学院傅维琦研究员为论文通讯作者。
论文链接：
Chao Wang, Mengsheng Xia, Yixi Su, Yuexuan Shu, Weizhao Meng, Jiahao Ma, Jiwei Chen, Pengbin Wang, Mathew Seymour, and Weiqi Fu (2025),Production of the Neurotoxin BMAA by Marine Diatoms Drives Its Widespread Occurrence in Estuarine and Coastal Ecosystems；Environmental Science & Technology. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c00636
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