低温诱导新型果聚糖蔗糖酶基因sacB1表达增强肠膜明串珠菌胞外多糖生产与胁迫抗性的机制研究

本研究首次揭示肉源肠膜明串珠菌(Leuconostoc mesenteroides)通过低温诱导新型果聚糖蔗糖酶基因sacB1表达，触发代谢转向果聚糖(levan)与葡聚糖(dextran)共合成，显著提升胞外多糖(EPS)产量和氧化胁迫抗性。该发现为食品腐败控制及工业应用提供了关键靶点。

　　

在食品工业中，肠膜明串珠菌(Leuconostoc mesenteroides)既是发酵剂又是腐败菌，其产生的胞外多糖(EPS)直接影响食品质构与货架期。尽管已知EPS在微生物环境适应中起关键作用，但低温如何调控EPS合成的机制仍是未解之谜。更棘手的是，肉制品冷藏过程中出现的"黏液"现象长期缺乏有效控制策略。来自APC微生物组爱尔兰研究所的Miguel Fernandez de Ullivarri团队在《Scientific Reports》发表的研究，首次揭示了肉源肠膜明串珠菌通过新型果聚糖蔗糖酶基因sacB₁实现低温适应性EPS生产的分子机制。

研究采用全基因组测序(WGS)比较高低产EPS菌株，发现sacB₁基因仅存在于高产菌株(HEPRs)；通过RNA-seq证实8°C可上调levS和sacB₁表达；利用响应面法(RSM)量化显示5%蔗糖+8°C时EPS产量达27 mg/mL；异源表达实验证明sacB₁能提升乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)的高通量培养存活率。

Sucrose and low temperature trigger EPS production
研究发现8°C与蔗糖协同诱导EPS合成，使菌落呈现典型"粘丝"表型。RSM模型显示温度与糖浓度存在交互效应(TC项)，KS273在5°C/10%蔗糖时EPS产量比KS276高35%。

sacB₁ is a key genomic difference between HEPRs and LEPRs
基因组分析揭示HEPRs特有双GH68基因(levS+sacB₁)，其编码的SacB₁含有独特酰胺酶结构域和ClfA黏附素域。pan-genome分析显示sacB₁在泡菜等植物发酵源菌株中常见，但肉源菌株属首次报道。

Cold stress induces a metabolic switch towards Levan production
转录组显示8°C时levS/sacB₁表达占比从7%升至57%，而葡聚糖蔗糖酶dsrD从93%降至39%。Zymogram证实低温促进111 kDa LevS和115 kDa SacB₁聚合酶活性。

Sucrose induced metabolism(SIM) and SacB₁-derived Levan protect from oxidative stress
高氧条件(10.9 mg/L DO)下，表达sacB₁的工程菌存活率提高3倍。冷冻切片显示SacB₁使菌落被黄色EPS包裹，暗示其物理隔绝氧自由基的作用。

该研究不仅阐明温度通过调控sacB₁表达改变EPS组成的分子机制，更发现果聚糖-葡聚糖混合物可能通过"物理屏障+化学清除"双模式抵抗氧化损伤。这些发现为开发抗腐败菌株筛选标记、优化发酵工艺提供了理论依据，同时拓展了对乳酸菌环境适应机制的认知边界。研究特别指出，携带sacB₁的菌株在1-2%蔗糖环境中展现进化优势，这为理解食品微生物生态提供了新视角。