本土乳制品源益生菌叶酸合成能力的遗传与生物技术解析——以嗜热链球菌为例

本研究针对叶酸缺乏引发的神经管缺陷、阿尔茨海默病等健康问题，创新性地从本土乳制品中分离高产叶酸益生菌（LAB），首次完成嗜热链球菌（S. thermophilus）叶酸合成通路的基因图谱绘制。团队通过形态学、分子鉴定及"in-silico"分析，发现嗜热链球菌叶酸产量（156-162μg/L）显著高于粪肠球菌（E. faecium），并鉴定出包含folC2/folE/folP等7个合成基因的保守簇和AGGAG型Shine-Dalgarno序列。该成果为代谢工程改造和功能性食品开发提供关键靶点，论文发表于《Beni-Suef University Journal of Basic and Applied Sciences》。

　　

叶酸（维生素B₉
）是DNA合成、甲基化和修复的关键辅因子，其缺乏与神经管缺陷、阿尔茨海默病和癌症密切相关。尽管广泛存在于天然食物中，叶酸在食品加工过程中的不稳定性导致全球约20%人群面临缺乏风险。更棘手的是，人工合成的叶酸（folic acid）虽稳定性强，但过量摄入可能掩盖维生素B₁₂
缺乏症状。因此，利用益生菌在发酵乳制品中原位合成生物可利用的天然叶酸，成为营养强化领域的新思路。然而，现有高产菌株的遗传机制不明，制约了定向改造和工业化应用。

针对这一瓶颈，埃及农业研究中心（ARC）联合艾因夏姆斯大学的研究团队开展了一项突破性研究。他们从本土酸奶和生乳样本中分离益生菌，通过多组学技术首次解析了嗜热链球菌叶酸合成的遗传密码，相关成果发表在《Beni-Suef University Journal of Basic and Applied Sciences》。

研究采用四大关键技术：①差异化培养基筛选（M17/lactose vs nutrient agar）分离菌株；②VitaFast?微孔板生物法定量叶酸；③特异性引物PCR扩增7个叶酸合成基因（folE/folP等）；④Proksee平台完成基因组映射和Shine-Dalgarno序列预测。样本来源于埃及本地市售的10份酸奶和3份生乳。

3.1 菌株分离与特性分析
通过双相培养策略，团队从M17-营养琼脂体系中获得14株粪肠球菌（E. faecium），而M17专用培养基则筛选出3株嗜热链球菌（S. thermophilus）。分子鉴定显示，粪肠球菌携带ddl基因（550bp），嗜热链球菌具有16S rRNA特异性片段（157bp）。值得注意的是，所有菌株在无叶酸化学限定培养基（CDM）中均能生长，暗示其自主合成能力。

3.2 叶酸产量差异
生物测定揭示惊人差异：嗜热链球菌叶酸产量（156-162μg/L）比粪肠球菌（2.2-8.3μg/L）高20-70倍（P<0.0001）。这种菌株依赖性特征与基因组完整性相关——嗜热链球菌携带完整合成通路，而粪肠球菌仅保留folA和folD两个基因。

3.3 基因簇拓扑结构
通过比较基因组学，团队发现嗜热链球菌的folC2、folE、folP、folB、folK五个基因形成保守簇，与钾转运基因kimA相邻。该簇位于1.8Mbp大质粒上，距复制起点0.4Mbp。引人注目的是，五个基因上游5bp处均存在AGGAG型Shine-Dalgarno序列，其与核糖体结合效率直接影响翻译起始。

3.4 通路重构
结合KEGG数据库，研究绘制出完整合成路径：GTP经folE编码的GTP环化水解酶转化为7,8-二氢新蝶呤三磷酸，随后通过folB/folK双酶催化生成6-羟甲基二氢蝶呤焦磷酸。该分子与pABA在folP编码的二氢蝶酸合酶作用下缩合，最终由folC1/2编码的双功能酶（二氢叶酸合成酶/多谷氨酰叶酸合成酶）完成谷氨酸修饰。

这项研究首次系统阐释了嗜热链球菌叶酸合成的遗传基础，其发现具有三重意义：①为高产工程菌株构建提供靶点（如强化Shine-Dalgarno序列）；②开发的菌株特异性引物可用于快速筛选；③证实酸奶基质中牛奶叶酸结合蛋白能增强产物稳定性。未来研究可聚焦于：①利用CRISPR-Cas9调控基因簇表达；②探究重复序列GAGUUAAUAG的调控功能；③开发适用于乳品工业的发酵工艺。这些进展将推动"微生物细胞工厂"在营养干预领域的应用，为预防出生缺陷和退行性疾病提供新策略。