【摘 要】
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嗜热链球菌是一种常见的天然食品发酵剂,被广泛地应用于乳品工业中。由于部分嗜热链球菌能够产生对宿主有益的活性物质,也常被应用在保健品生产领域。但是随着人们生活水平及生活品质的逐步提高,消费者对于发酵制品的要求也日益增多,现有嗜热链球菌发酵剂已无法完全满足消费者的需求,因此筛选具有优良性状、能够产生益生活性物质的全新嗜热链球菌发酵剂极为重要。开发新型嗜热链球菌发酵菌株并明确其遗传背景,不仅能够满足发酵
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嗜热链球菌是一种常见的天然食品发酵剂,被广泛地应用于乳品工业中。由于部分嗜热链球菌能够产生对宿主有益的活性物质,也常被应用在保健品生产领域。但是随着人们生活水平及生活品质的逐步提高,消费者对于发酵制品的要求也日益增多,现有嗜热链球菌发酵剂已无法完全满足消费者的需求,因此筛选具有优良性状、能够产生益生活性物质的全新嗜热链球菌发酵剂极为重要。开发新型嗜热链球菌发酵菌株并明确其遗传背景,不仅能够满足发酵产业的生产要求,也有利于丰富自然界嗜热链球菌资源多样性。嗜热链球菌的生长能力、酸化速率、碳水化合物代谢效率以及宿主胃肠道存活率等生产特性,与发酵制品的品质、口感和商业价值密切相关。具有优良性状是新型发酵剂应具有的基本特征,本研究以本实验室前期从中国传统发酵乳制品中分离鉴定出的22株嗜热链球菌为基础,分别测定菌株的胁迫后恢复能力以及碳水化合物利用能力,并结合先前已测定的菌株生长能力、酸化速率、胞外多糖(Exopolysaccharides,EPS)产量等指标,综合筛选出具有优良性状的嗜热链球菌CS5、CS9、CS18以及CS20。本研究对具有优良性状的嗜热链球菌CS5、CS9、CS18和CS20进行全基因组测序分析,并与现有完整基因组序列的嗜热链球菌进行比较基因组分析,证明嗜热链球菌基因分布规律与其生长环境并无必然联系,并揭示了嗜热链球菌之间基因水平现象的发生。另外,应用于食品及保健品生产领域的发酵菌株,应当具有清晰的遗传背景及使用安全性。通过对CS5、CS9、CS18以及CS20菌株毒力因子、抗生素耐药性、转座因子数量、溶血性以及内源性质粒存在情况的评价,确定这四株菌株均为安全性菌株。除此之外,优良嗜热链球菌的表型受到其基因水平的直接影响与调控,本研究对嗜热链球菌CS5、CS9、CS18以及CS20的基因组进行分析,明确了不同菌株的糖代谢通路、CRISPR/Cas免疫系统差异以及活性物质产生能力。研究结果表明,嗜热链球菌CS9基因组中含有编码谷氨酸脱羧酶的基因gad,其GABA产量为950.36 mg/L,本研究通过体外模拟实验证明谷氨酸脱羧酶系统是嗜热链球菌细胞内一种有效的耐酸机制。嗜热链球菌被应用于乳制品发酵环境中时,菌株蛋白水解能力与其酸化速率密切相关。本研究利用荧光定量PCR方法从转录水平对嗜热链球菌CS5、CS9、CS18以及CS20的蛋白水解系统基因表达情况进行分析。研究结果表明,嗜热链球菌蛋白水解系统,除了受到丝氨酸蛋白酶prt S基因调控外,还受到其他参与蛋白水解相关基因、双组分信号转导系统(Two-component signal transduction system,TCS)基因以及转录调控因子Cod Y的协同调控。尤其是在Prt S-菌株CS9中,协同调控尤为明显。另外,本研究表明,嗜热链球菌TCS对其蛋白水解能力起正向调控作用。产EPS的嗜热链球菌除了能够被应用于食品发酵领域外,还可以作为保健品开发的原材料。提高嗜热链球菌的EPS产量,不仅能够改善发酵乳制品的风味及质地,还能够调节食用者的机体健康,有效扩大发酵菌株的应用范围及商业价值。本研究以生长能力良好、各项生理性状突出且在M17培养基中培养时EPS产量高达178.2 mg/L的嗜热链球菌CS18为研究对象,基于转录组学分析技术探究葡萄糖、蔗糖、半乳糖、甘露糖等不同碳水化合物对嗜热链球菌产EPS能力的影响,为高产EPS嗜热链球菌菌株的筛选与改造奠定理论基础。
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