傅里叶变换红外光谱联合全基因组测序技术提升异常威克酵母菌株分型精度及其工业应用价值

【编辑推荐】工业微生物污染溯源亟需高效精准的菌株鉴定技术。研究人员通过优化异常威克酵母（Wickerhamomyces anomalus）的FT-IR前处理条件（测试16种培养方案），结合全基因组SNP分析与FT-IR光谱聚类（采用EDs、F-measure和ARI评估），最终确立SD培养基培养方案，使FT-IR分型结果与WGS高度一致，为工业环境微生物防控提供快速可靠的解决方案。

　　

在食品、制药等工业领域，微生物污染如同潜伏的"隐形杀手"，传统菌株鉴定技术常因操作繁琐或精度不足而难以满足实时监测需求。尽管傅里叶变换红外光谱（FT-IR）技术凭借其快速、无损的优势，已在部分细菌鉴定中展现出与全基因组测序（WGS）相当的准确性，但面对结构更复杂的酵母菌时，其鉴别能力却屡遭质疑。这种技术瓶颈使得工业现场无法及时锁定污染源，每年造成巨额经济损失。

为攻克这一难题，研究人员聚焦于工业环境中常见的污染菌——异常威克酵母（Wickerhamomyces anomalus），开展了一项突破性研究。通过系统优化培养条件与样本前处理流程，首次实现了FT-IR技术对该酵母菌株水平的高精度鉴别，相关成果发表于《Journal of Microbiological Methods》。

研究团队采用双轨验证策略：一方面通过WGS获取单核苷酸多态性（SNP）数据作为金标准，另一方面设计16种培养条件（包括不同培养基、培养时间等变量）进行FT-IR检测。运用欧氏距离（EDs）构建光谱相似性矩阵，结合F值（F-measure）和调整兰德指数（ARI）等机器学习指标，定量评估不同条件下FT-IR分型与WGS结果的一致性。

【培养条件优化】发现Sabouraud葡萄糖（SD）培养基培养的样本，其FT-IR光谱聚类结果与WGS系统发育树匹配度最高（ARI提升达40%），显著优于其他营养条件。
【技术验证】在优化后的SD培养体系中，FT-IR对相邻菌株的区分能力接近WGS水平，且批次间重复性误差降低至<5%。
【机制解析】进一步光谱特征提取显示，SD培养基能特异性增强酵母细胞壁β-葡聚糖的红外信号（1200-900 cm^-1波段），这可能是提升鉴别精度的关键。

该研究不仅建立了首个适用于酵母菌的标准化FT-IR检测流程，更开创性地证实：通过精准调控微生物生长环境，可显著增强其红外"分子指纹"的特异性。这一发现使得原本需要数天完成的WGS分析，现在仅需2小时FT-IR检测即可获得等效结果，为工业微生物实时监控提供了革命性的技术工具。值得注意的是，研究中采用的评估体系（如EDs-ARI双指标验证模型）也为其他微生物快速鉴定技术的开发树立了新范式。