嗜热链球菌S-3高密度发酵的转录组学解析：营养需求模式与TCA代谢通路的关键作用

本研究针对嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）高密度发酵中营养需求不明确、培养基成本高的问题，通过单因素和正交实验优化LM17培养基配方，结合转录组学（RNA-sequencing）筛选出与TCA循环相关的关键基因（gltA、glnA、galK、pgm）。研究揭示了该菌株在优化培养基中的代谢响应机制，为工业化应用提供了低成本、高效率的发酵策略，成果发表于《Food Bioscience》。

　　

嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）作为乳制品发酵的核心菌种，其代谢活性直接影响产品的风味和营养价值。然而，传统发酵工艺中菌体密度低（仅10⁸
CFU/mL）、培养基成本高的问题长期制约工业化应用。尽管已有研究尝试优化单一营养源（如碳源），但缺乏系统性培养基设计和全局代谢机制解析。

针对这一瓶颈，上海某高校的研究团队以S. thermophilus S-3为研究对象，通过多维度实验设计结合组学技术展开攻关。研究首先采用单因素和正交实验对基础LM17培养基进行改造，最终确定优化配方：乳糖10 g/L、胰蛋白胨5 g/L、大豆蛋白胨5 g/L等，显著提升菌体生长效率。进一步通过转录组学比较不同培养条件下的基因表达差异，发现三羧酸循环（TCA cycle）相关基因（gltA、glnA、galK、pgm）的表达变化与高密度发酵密切相关。这些基因的过表达实验证实其对菌株生长的调控作用。

关键技术方法
研究整合了培养基组分优化（单因素/正交实验）、转录组测序（RNA-seq）和基因功能验证（RT-qPCR和过表达）三大技术体系。菌株样本来源于实验室保藏的S. thermophilus S-3，通过比较其在基础LM17与优化培养基中的生长曲线（OD₆₀₀
）和基因表达谱，结合生物信息学分析筛选关键代谢通路。

研究结果

1. 培养基配方优化：乳糖被确定为最适碳源，浓度超过20 g/L时抑制生长。优化后的培养基使菌体密度提升至1.5×10⁹
   CFU/mL，成本降低30%。
2. 转录组差异分析：TCA循环通路基因在优化培养基中显著上调，其中柠檬酸合成酶基因（gltA）表达量增加2.1倍。
3. 基因功能验证：过表达gltA使菌体生物量提高18%，证实其对能量代谢的调控作用。

结论与意义
该研究首次系统阐明了S. thermophilus在高密度发酵中的营养需求规律和TCA循环的核心地位。优化培养基配方兼顾经济性与高效性，而gltA等关键基因的发现为分子育种提供了新靶点。成果不仅推动乳酸菌发酵工艺升级，也为其他工业微生物的高密度培养提供了范式参考。论文发表于《Food Bioscience》，受到国家自然科学基金（32272300）等项目的支持。