益生菌基因组学在乳酸菌筛选和功能评价中的应用

乳杆菌和双歧杆菌是益生菌筛选的主要微生物类群,在促进人类、动物甚至植物健康方面都有重要的应用价值,被广泛应用于多种功能性食品、动物饲料和微生物菌肥。然而,这些细菌对宿主健康产生积极影响的分子机制还远未完全了解。另外,传统的益生菌筛选技术主要依靠表型和生理生化特性的测定以及随机对照试验,这些方法不仅耗时、费力,而且数据难以重复。不同研究小组之间数据难以共享,不能实现菌株有益特性的均一性和标准化验证,严重制约了益生菌科学研究的发展和菌株的产业化开发利用。基于新的测序技术和强大的计算机分析方法,被称为益生菌基因组学新学科的出现,允许研究者在短时间内通过筛选大量的生物学和基因组数据,显著提高益生菌筛选的效率和准确性。本文综述了通过基因组数据的分析,帮助人们高效、快速地确定益生菌,开辟益生菌新功能的评价途径。总结益生菌基因组学在阐明益生特性功效评价的分子基础等方面的最新研究成果,以期为扩展研究人员对这些有益微生物生物学的认知,揭示益生菌促进健康特性的分子机制提供新视角。

乳酸盐与渗透胁迫对干酪乳酪杆菌Zhang的损伤机理及保护措施

目的:探究乳酸盐与渗透压胁迫对干酪乳酪杆菌Zhang的抑制作用并寻求解决方案。方法:分别使用乳酸钠、乳酸铵与氯化钠对菌体营造有机盐胁迫与渗透压胁迫,测定完全抑制浓度并绘制耐渗透曲线,通过测定菌体密度、活菌数、细胞损伤来观察LCZ受到的生理损伤与相容性溶质的保护效果。通过分批培养与恒定pH分批培养探究渗透压升高的关键因素,通过稀释发酵液以达到降低渗透压的效果,测定稀释后样品菌体密度、活菌数、干重得率的变化。结果:乳酸铵由于自身特性对LCZ具有强烈抑制作用;乳酸钠对LCZ的抑制作用较为温和,对LCZ起到的主要抑制作用是高渗抑制。L-脯氨酸对高渗环境下LCZ生物量积累及细胞活性均有显著保护作用,最优添加量为2 g/L。稀释发酵液处理对恒定pH补料培养菌体密度与活菌数的提升效果显著,最终发酵液OD_(600nm)与活菌数可达到19.68±0.429与(3.439±0.110)×10^(10)CFU/mL,分别是未稀释处理的1.61倍与1.46倍。结论:L-脯氨酸能够在一定程度上缓解高渗下LCZ的活性损伤。通过稀释发酵液处理降低发酵后期渗透压,能极大地提升发酵水平及细胞活性,研究结果为工业化生产及应用提供参考。

副干酪乳酪杆菌PC-01不同表型菌落的基因组分析

目的:探究副干酪乳酪杆菌PC-01经高密度发酵后,不同表型菌落的基因组差异。方法:采用第2代测序技术,对高密度发酵的10株具有不同表型特征的副干酪乳酪杆菌PC-01分离株进行全基因组测序,通过比较基因组学方法揭示这10株分离株之间的差异。结果:10株副干酪乳酪杆菌PC-01分离株的基因组大小为2.69~2.83 Mb,GC含量为46.50%~46.64%,CDs数目为2793~3406个,不同菌落的基因组大小、GC含量存在较小差异。功能注释结果显示不同菌株编码碳水化合物、蛋白质代谢以及参与氨基酸及其衍生物合成和降解的基因数量及种类均存在差异。基于核心基因构建系统发育树,发现具有相似菌落形态的菌株在同一分支。单核苷酸多态性(SNPs)结果表明:每两个相同菌落形态的不同分离株存在相同的突变位点,这也进一步证实菌落形态与基因型相关联。分析发现10株分离株中均存在糖基转移酶(eps J、pbp F、pon A等)及ABC蛋白家族(yhe S、bce B、bce A、pcr A和uvr A等)相关基因发生非同义突变,使菌株在高密度发酵过程中,能更好地适应环境而存活下来。菌落PC-01-3和PC-01-4与其它菌落形态具有明显差异,lta S基因发生非同义突变。脂磷壁酸合酶(Lta S)的缺乏会导致细菌表现出细胞分裂受损和生长缺陷,这可能是导致菌落形态差异的主要原因。结论:从全基因组水平完成了副干酪乳酪杆菌PC-01的10个分离株的比较分析,解析了同一菌株高密度发酵后不同表型菌落之间的差异,为副干酪乳酪杆菌PC-01的后续研究提供数据支持。