绘制生牛奶中细菌微生物群变异的图谱：地理分布与菌种特异性的研究见解

《Microbiology Spectrum》：Mapping bacterial microbiota variations in raw milk: geographic and type-specific insights

牛奶中微生物多样性受地理区域和奶源类型影响，本研究利用单分子实时测序技术比较了不同地区 Holstein 牛奶及非牛乳（骆驼、驴、水牛、马）的菌群组成。结果显示，Holstein 牛奶中 Lactiplantibacillus plantarum 和 Pseudomonas lurida 等菌属在不同区域丰度差异显著，但地理邻近性对菌群差异影响不显著；非牛乳中骆驼和驴奶的乳酸菌多样性（如 Lactobacillus helveticus、Leuconostoc mesenteroides）显著高于牛奶，而马奶和牛奶中 psychrophilic 细菌（如 Pseudomonas fragi）比例较高。研究证实奶源类型对微生物群落影响大于地理距离。

　　本研究通过分析不同地理区域和牛奶种类的微生物多样性，揭示了牛奶中微生物群落的组成和分布规律。牛奶作为一种重要的营养来源，不仅富含蛋白质、脂肪和矿物质等人体必需营养成分，还因其营养丰富而成为微生物的理想培养基。随着对微生物群落研究的深入，人们发现牛奶中的微生物组成受到多种因素的影响，包括季节、饲料、地理位置和奶牛种类等。研究还指出，传统方法如平板培养结合生化测试在微生物检测中存在一定的局限性，而高通量测序技术，特别是单分子实时测序（SMRT）技术，能够提供更精确的分类信息，甚至可以识别到物种级别。

研究中选取了中国不同地区的奶牛场，包括山东、广东和新疆的奶牛场，这些区域分别代表了中国东部、南部和西部。此外，还收集了非牛乳样品，如山东的驴奶、广西的水牛奶和新疆的骆驼奶与马奶。研究目的是通过比较相邻和远离山东的奶牛场所产的牛奶，以及不同种类的牛奶，分析地理位置和牛奶类型对微生物群落组成的影响。研究结果显示，虽然地理位置对微生物组成有一定影响，但这种影响并不显著，表明微生物群落的差异可能更多地与农场的环境条件和管理方式有关。相比之下，牛奶类型对微生物组成的影响更为明显，不同种类的牛奶中出现了显著不同的优势菌群。

在研究过程中，首先对牛奶的理化性质进行了分析，包括脂肪、蛋白质和乳糖含量。这些指标不仅反映了牛奶的质量，还可能与微生物的组成和丰度相关。例如，山东地区的驴奶和骆驼奶在脂肪和蛋白质含量上存在差异，而新疆的马奶则表现出较高的乳糖含量。进一步的分析发现，某些微生物的丰度与这些理化指标存在显著相关性，这为理解牛奶中微生物的生态功能提供了新的视角。

通过SMRT测序技术，研究团队获得了高质量的16S rRNA数据，并利用QIIME2软件进行了质量控制和分析。在所有样本中，发现了大量的操作分类单元（OTUs），并且不同地区的牛奶样本共享的OTUs数量较少，表明各地区的微生物组成存在较大差异。特别是在相邻地区，山东不同地区的牛奶样本中，DY和QD样本的OTUs数量最多，而YT样本的OTUs数量最少。这表明地理位置在一定程度上影响了微生物的多样性，但并非决定性因素。

在远距离地区，GD和XJ样本的OTUs数量相近，且与相邻地区的样本相比，它们的微生物组成也显示出一定的差异。这些差异可能与地理环境、气候条件和牧场管理等因素有关。此外，不同种类的牛奶样本中，OTUs的分布也存在显著差异。例如，骆驼奶和驴奶表现出较高的微生物多样性，而马奶则相对较低。这可能与不同动物的生理特性和牛奶成分的差异有关。

在分析微生物群落的α多样性时，发现牛乳样本的多样性显著高于非牛乳样本。α多样性指数如Chao1和ACE用于评估物种丰富度，而Shannon和Simpson指数则用于衡量多样性。结果表明，不同地区的牛乳样本中，QD样本表现出最高的丰富度和多样性，而YT样本则相对较低。这提示我们，某些地区的牛奶可能具有更丰富的微生物组成，可能与其环境条件和管理方式密切相关。

在β多样性分析中，通过主坐标分析（PCoA）发现不同地区的牛奶样本呈现出不同的聚类模式。例如，YT和JN样本在相邻地区中显示出较高的相似性，而ZB、QD、WF和DY样本则表现出更大的分散性。这说明，虽然地理位置对微生物群落的分布有一定影响，但这种影响并不强烈，更多地可能由其他环境因素决定。在远距离地区，GD和XJ样本虽然聚类较紧密，但它们之间的差异仍然显著，这可能与两地的环境条件和管理实践有关。

在分析不同种类的牛奶样本时，发现它们的微生物组成也存在显著差异。例如，骆驼奶和驴奶表现出较高的α多样性，而马奶的多样性较低。这可能与不同动物的生理特性有关，如骆驼奶中的乳铁蛋白具有较强的抗菌活性，而马奶中的乳糖含量较高，可能影响微生物的生长。此外，研究还发现，某些细菌如*Pseudomonas fragi*和*Acinetobacter johnsonii*在不同种类的牛奶中表现出不同的丰度，这可能与它们对不同环境的适应性有关。

研究还探讨了牛奶中微生物的代谢功能，通过KEGG数据库注释了317条三级代谢通路。这些通路包括碳代谢、ABC转运蛋白和菌群间通讯等，揭示了微生物在牛奶中的潜在作用。例如，*Lactiplantibacillus plantarum*在多种牛奶样本中表现出较高的丰度，这可能与其在发酵过程中的作用有关。此外，一些细菌如*Enterobacter ludwigii*和*Acinetobacter johnsonii*在马奶和水牛奶中较为常见，这可能与其对乳糖的利用能力有关。

在非牛乳样本中，还发现了多种有益菌，如*Leuconostoc mesenteroides*和*Lactobacillus helveticus*，这些菌在驴奶和骆驼奶中表现出较高的丰度。这提示我们，非牛乳可能具有不同的微生物组成，这些微生物可能对健康和营养具有不同的影响。例如，*Lactobacillus plantarum*不仅在牛乳中普遍存在，还在驴奶和骆驼奶中被发现，这表明它可能具有一定的普遍适应性。

此外，研究还发现，某些微生物的丰度与牛奶的理化指标存在显著相关性。例如，*Pseudomonas fragi*和*Pseudomonas lurida*的丰度与脂肪和蛋白质含量呈正相关，而乳糖含量则与这些细菌的丰度呈负相关。这可能意味着，乳糖含量较高的牛奶可能不利于某些微生物的生长，而脂肪和蛋白质含量较高的牛奶则可能促进其繁殖。这种相关性对于理解牛奶中微生物的生态行为和功能具有重要意义。

综上所述，本研究通过系统分析不同地理位置和牛奶种类的微生物组成，揭示了地理位置和牛奶类型对微生物多样性的影响。研究发现，虽然地理位置对微生物组成有一定影响，但这种影响并不显著，而牛奶类型则对微生物组成产生更大的影响。此外，研究还发现了多种有益菌和潜在致病菌的存在，这些发现对于牛奶的食品安全和质量控制具有重要指导意义。未来的研究应进一步扩大样本范围，涵盖更多地理区域和牛奶类型，以更全面地了解微生物群落的组成和功能，从而为牛奶生产提供更科学的指导。