转录调控因子CcpA与PurR在干酪乳杆菌LC2W胞外多糖生物合成中的调控机制解析

本研究针对干酪乳杆菌LC2W胞外多糖（EPS）生物合成的转录调控机制不明问题，通过DNA亲和pull-down技术鉴定出碳代谢调控蛋白（CcpA）和嘌呤操纵子阻遏蛋白（PurR）为关键调控因子。电泳迁移率实验（EMSA）证实二者分别结合eps基因簇启动子P2169-2170和P2189-2190，过表达ccpA使EPS产量降低18%，而purR敲除导致EPS下降至123.77 mg/mL。研究首次揭示PurR在EPS合成中的激活作用，为益生菌功能优化提供理论依据。

　　

研究背景与意义
干酪乳杆菌（Lacticaseibacillus casei）作为重要益生菌，其分泌的胞外多糖（EPS）不仅能提升乳制品口感，还具有抗肿瘤、抗氧化等生理功能。然而，尽管L. casei LC2W中eps基因簇（LC2W_2170-LC2W_2189）已被鉴定，其转录调控机制长期未明。此前研究发现，其他细菌如L. plantarum通过全局调控因子CcpA调控EPS合成，但L. casei的调控网络仍属空白。解析这一机制对定向改造菌株、提升EPS产量至关重要。

研究方法与技术
研究人员采用DNA亲和pull-down技术筛选eps启动子结合蛋白，通过电泳迁移率实验（EMSA）验证CcpA和PurR与启动子P_2169-2170、P_2189-2190的结合能力，结合Regprecise软件预测结合位点。利用基因过表达（ccpA）和敲除（purR）技术分析靶基因表达变化，并通过HPLC定量EPS产量。

研究结果

1. 关键调控因子鉴定：DNA pull-down发现CcpA和PurR特异性结合eps启动子，EMSA证实二者分别识别P_2169-2170和P_2189-2190。
2. 功能验证：过表达ccpA显著抑制LC2W_2170-2172表达，EPS降至122.27 mg/mL；purR敲除则降低LC2W_2187-2189转录水平，EPS产量减少。
3. 结合位点解析：预测发现CcpA结合基序motif-C1（GTCAAATCGTTTTTTG）和motif-C2（TTGTTAACGATTTGCA），PurR结合motif-P1（GCAATGCAACTTT）。

结论与意义
该研究首次阐明PurR作为转录激活剂、CcpA作为抑制剂调控L. casei EPS合成的分子机制，突破了对传统碳代谢调控蛋白功能的认识。发现的特异性结合位点为益生菌EPS合成途径的精准编辑提供靶点，对开发功能性食品和医药辅料具有重要价值。论文发表于《Food Bioscience》，为微生物代谢工程领域提供了新范式。