Science Bulletin | 食源乳酸菌基因组汇编揭示对人类健康的贡献

近日，内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部重点实验室张和平教授团队在Science Bulletin发表题为"A Genomic Compendium of Cultivated Food-Derived Lactic Acid Bacteria Unveils Their Contributions to Human Health"的论文。研究团队构建了全球规模的食源乳酸菌基因组数据集，系统揭示了乳酸菌的多样性及其在食品发酵与人类健康中的功能潜力，为未来乳酸菌的研究与应用提供了新的科学支撑。

乳酸菌是发酵食品中不可或缺的微生物，在整个人类文明发展中扮演着重要角色。乳酸菌不仅赋予酸奶、奶酪等发酵食品独特的风味和质感，并有效延长其保存期限，并且因其在调节肠道健康和增强免疫力等方面的显著作用，对人类健康具有重要意义。随着健康饮食观念的深入人心，其益生特性正日益受到广泛关注。然而，由于乳酸菌种类繁多、功能各异，目前缺乏系统性的大规模数据集来全面揭示其多样性及功能潜力。为解决这一科学问题，内蒙古农业大学张和平教授团队开展了全球范围的乳酸菌采集和基因组研究，构建了涵盖广泛物种的乳酸菌基因组数据库，旨在系统解析其功能特性，推动其在食品与健康中的科学应用。

研究团队从全球85个国家的6202份发酵食品等样本中分离了47573株乳酸菌，并通过高通量测序构建了一个包含19699个食物源乳酸菌基因组的数据库，涵盖了5个科、30个属、143个物种，显著扩展了现有的食物源乳酸菌基因组资源。通过基因组数据分析，研究发现乳酸菌在碳水化合物代谢、维生素合成等重要代谢功能方面表现出高度的多样性和适应性，进一步揭示了其在食品发酵及健康功能开发中的潜力。此外，研究结合了来自54个人类肠道微生物组疾病队列的数据（包括9872份样本），系统比较了健康与疾病状态下的乳酸菌分布，发现食源乳酸菌在健康与疾病之间的多样性存在显著差异。例如，消化系统疾病患者肠道中的乳酸菌多样性显著降低，而健康人群则呈现更丰富的乳酸菌群落结构。基于这些发现，研究团队开发了一种基于乳酸菌特征的随机森林分类模型，该模型能够有效区分健康与疾病状态。研究还鉴定出27种在健康人群中显著富集的乳酸菌物种，这些物种为功能性食品与益生菌产品的研发提供了宝贵线索，进一步推动了乳酸菌在精准营养与疾病干预领域的应用潜力。

本研究系统揭示了食源乳酸菌的多样性及其代谢潜能，明确了这些菌种在碳水化合物代谢、维生素合成等关键功能上的特性，并发现其与肠道健康的显著关联性。研究成果为乳酸菌在健康促进型食品和功能性益生菌开发中的应用提供了重要科学依据，也为肠道微生态干预和精准营养策略的制定开辟了新方向。未来，将围绕乳酸菌及其衍生代谢产物，将进一步提升其在食品、医药及营养健康领域的应用价值。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金及中国博士后科学基金等项目的资助。

文章信息

Hao Jin, Keyu Quan, Lijun You, Lai-Yu Kwok, Teng Ma, Yalin Li, Xuan Shi, Xin Su, Ruirui Lv, Zhihong Sun, Wenjun Liu, Heping Zhang. A genomic compendium of cultivated food-derived lactic acid bacteria unveils their contributions to human health. Science Bulletin, 2024

https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.12.002.