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聚焦高等教育内涵式发展 | 内蒙古农业大学科研团队的“中国菌”探索之路

时间:2022-06-08 来源:内蒙古自治区教育厅政务新媒体 作者:内蒙古教育发布 浏览次数:783
春华秋实

时代精神朝气蓬勃

长风浩荡

嘹亮号角催人奋进
  
  今年,党的二十大将隆重召开,变革时不我待,发展任重道远,贯彻落实新时代党的教育方针,深化教育改革,加快推进教育现代化、建设教育强国、办好人民满意的教育意义重大。为赓续百年荣光,奋进时代新程,推动全区教育高质量发展,“内蒙古教育发布”推出“奋进新征程 建功新时代”专栏,展现内蒙古自治区教育系统师生“牢记嘱托 筑梦北疆”的生动故事,不断激励广大师生在新的赶考之路上矢志不渝践行初心使命,交出优异答卷,为实现中华民族伟大复兴作出新的更大贡献!

  我国是乳品生产和消费大国。近10年来,我国乳业处于快速增长时期,以年平均超过10%的增长速度发展。特别是发酵乳制品产销量年增长速度平均在25%以上,已成为乳业产品结构调整的重要方向和发展趋势。乳酸菌菌种是生产发酵乳制品的核心技术,被誉为乳业的“芯片”。多年来,生产发酵乳制品的乳酸菌菌种(包括益生菌)及其制剂主要由欧美发达国家垄断,我国自主创新能力不足。针对这一问题,内蒙古农业大学乳品生物技术与工程重点实验室经过二十多年的努力,从乳酸菌菌种库的建设,乳酸菌的开发利用和产业化实现了从“0”到“1”的突破。


 

 
  实验室团队成员采集发酵乳制品样品
 

  1、走出新天地:二十余年走访26个国家,建成全球最大乳酸菌数据库

  内蒙古农业大学乳品生物技术与工程重点实验室由张和平教授带领,从2001年至今,寻访亚洲、欧洲、非洲、南美洲、大洋洲的26个国家,采集自然发酵乳制品(牛乳、马乳、驼乳、羊乳、牦牛乳、奶酪)、自然发酵品(酸粥、泡菜、米酒、酸面团)等样品5000多份,分离、收集乳酸菌超过32000株,涵盖乳酸菌的33个属、138个种和亚种,建成全球最大的乳酸菌种质资源库,为挖掘潜在益生菌奠定坚实基础。除此之外,实验室利用二、三代测序等前沿技术,完成了2万株乳酸菌基因组测序,搭建全球最大乳酸菌全基因组数据库和分析平台,以更准确地从菌群、菌种和菌株层面系统研究自然发酵乳中乳酸菌的生物多样性。

  2、开启新纪元:坚持科研初心,只为一株“中国菌”

  2002年,张和平教授带领团队从锡林郭勒大草原自然发酵的酸马奶中分离出一株乳酸菌——干酪乳杆菌Zhang。干酪乳杆菌Zhang中的“Zhang”取自于张和平教授名字中的“张”,这株被发现于内蒙古锡林郭勒大草原的菌株,由此被深深烙上了中国印迹,成为了一株“中国菌”。20年后,出现在众多益生菌营养保健品、发酵乳产品中的干酪乳杆菌Zhang被证实具有降血脂、免疫调节、抗氧化、拮抗肠道病原菌生长等多重益生功能。不止干酪乳杆菌Zhang,内蒙古农业大学科研团队还从菌种库中挖掘出了多株具有益生功能的乳酸菌。


 

 
分离自自然发酵酸马奶的干酪乳杆菌Zhang及其电镜图、基因组信息和应用

  在乳品生物技术与工程领域钻研前行的二十多年间,科研团队一度面临研究设施、人才、经费和观念等诸多障碍,但在团队的不懈坚持下,内蒙古农业大学已建立起6000平米的实验室、300平方米的乳品工艺室、200平方米的GMP车间和100平方米的SPF级实验动物房,以及13个与乳酸菌研发相关的省部级以上科研平台,并配置了可为乳酸菌收集分离、组学研究、发酵生产等一系列的仪器设备。

  依靠先进的科研设备,内蒙古农业大学研究团队对乳酸菌进行了更加深入的研究,并围绕乳酸菌菌株在Nature Communications、The ISME Journal等杂志发表SCI论文350余篇,EI论文100多篇;主编出版英文专著1部,中文专著7部;授权发明专利45件。

  对乳酸菌的坚持,让内蒙古农业大学乳品生物技术与工程团队不断壮大,攀登一座又一座科学高峰。

  利用人工智能策略,基于乳酸菌全基因组数据,内蒙古农业大学科研团队建立了益生乳酸菌精准筛选模型及可视化平台iProbiotics,并基于自建的模型和平台筛选和开发了植物乳杆菌P-8、植物乳杆菌P9、鼠李糖乳杆菌Probio-M9、乳双歧杆菌V9、乳双歧杆菌Probio-M8等28株益生乳酸菌,涉及的益生功效包括免疫调节、肠道菌群调节、降血脂、抗氧化、改善神经系统功能等。


 

 
实验室基础研究/产业化应用中试平台

 

 
基于基因组大数据、人工智能和肠道菌群作用的益生菌精准筛选体系

  4、挖掘新潜能:开展56项临床试验,全方位探索乳酸菌奥妙

  打好基础,不断创新,这种精神成为了支持内蒙古农业大学科研团队在探索乳酸菌路上的重要支撑,支持着这支科研团队解密一株又一株乳酸菌背后的秘密。

  在通过基因组特征分析、细胞实验、动物实验等手段,证明了乳酸菌菌株的安全性和有效性后,内蒙古农业大学科研团队联合全国多家医院开展了一系列临床试验。2019年,mSystems杂志发表了乳双歧杆菌V9的临床研究文章,表明它或可通过促进SCFA的增加,影响肠-脑轴对性激素的调控,进而缓解多囊卵巢综合征。2021年,国际知名期刊Cell Metabolism刊登了干酪乳杆菌Zhang可减缓急性和慢性肾脏疾病发展的研究。在一项纳入62名3~5期慢性肾病患者的1期安慰剂对照试验中,补充该益生菌能减缓肾功能衰退,且安全性好。2021年,Microbiology Spectrum杂志发表了乳双歧杆菌Probio-M8缓解哮喘患者症状潜在机制的研究。

  从肠内到肠外,从菌株到菌群,内蒙古农业大学科研团队正在全方位挖掘乳酸菌的潜力,不断积累益生的科学证据。


 

 
乳双歧杆菌V9对多囊卵巢综合症的临床治疗作用

 

 
干酪乳杆菌Zhang减缓急性和慢性肾脏疾病的发展

  5、绘就新蓝图:从实验室到产业化,让更多人共享中国好菌

  益生菌的活性对于功能发挥至关重要,因此在生产过程中必须要保持菌株的活性和稳定性。为此,张和平教授带领团队进行了一系列技术研究,并成功研发出三大关键产业化技术——代谢调控培养技术、制剂活性加工技术、常温贮藏稳定技术。通过调控菌株生长关键点、解析菌体衰亡机理改善、优化配方和调控气体等方法,大大提高了益生菌的活性。

  此外,团队还积极研发乳制品加工技术、乳酸菌活性代谢产物加工技术。

  当前,张和平团队研发的多个代表性益生菌菌株已投入生产并进入市场,出现在酸奶、乳酸菌饮料、奶粉、益生菌膳食补充剂等各类产品中,令万千消费者受益,成功实现产业转化。而在科学守门人张和平及其团队的支持下,科拓生物已于2020年7月正式登陆深交所。

  千里之行,始于足下。二十多年寻菌之路艰辛迈出的每一步,才令我们今天可以在酸奶等多种产品中享有中国人的乳酸菌。内蒙古农业大学科研团队戮力科学研究二十余载,他们用汗水与努力彰显出一代又一代科研人的坚守,也为我国乳品生物工程技术发展做出了巨大贡献。


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