模拟开菲尔菌群的合成微生物群落构建及其种间互作机制研究

为解决传统开菲尔发酵体系复杂、核心菌群互作机制不明的问题，研究人员通过构建包含Lactobacillus kefiranofaciens CZ22、Lactococcus lactis CZ19和Saccharomyces cerevisiae Y8的合成微生物群落(SMC)，结合代谢组学与纯培养技术，揭示了基于氨基酸和核苷酸交叉喂养的共存机制，该研究为传统发酵食品的工艺改良提供了理论支撑。

　　

在青藏高原等极端环境下，传统开菲尔菌群能在低温低氧条件下保持强劲发酵能力，这种神奇的微生物共生现象长期吸引着科研人员的目光。然而，天然开菲尔菌群组成复杂，其核心菌种间的互作机制如同"黑箱"，严重制约着传统发酵工艺的标准化改造。更棘手的是，复杂菌群中哪些成员真正决定着开菲尔独特的风味特征？它们如何通过物质交换实现稳定共存？这些问题成为食品微生物学研究的重要瓶颈。

为破解这些难题，研究人员通过系统筛选构建了包含Lactobacillus kefiranofaciens CZ22、Lactococcus lactis CZ19和Saccharomyces cerevisiae Y8的合成微生物群落(Synthetic Microbial Community, SMC)。研究发现该SMC发酵产物与传统开菲尔含有完全相同的28类挥发性风味物质，包括7种醇类、7种醛类等特征组分。通过代谢组学分析结合纯培养实验，首次揭示了三者间存在精妙的物质交换网络：Lc. lactis CZ19为L. kefiranofaciens CZ22提供酪氨酸等必需氨基酸；而S. cerevisiae Y8则通过供应嘌呤、嘧啶等核酸前体物质支持乳酸菌生长。这种交叉喂养(Cross-feeding)机制使得L. kefiranofaciens CZ22在发酵过程中始终保持优势地位，并加速乳品酸化进程。该成果发表于《International Journal of Food Microbiology》，为传统发酵食品的微生物组工程提供了范式。

关键技术方法包括：1)从传统开菲尔中分离纯化核心菌株；2)通过共培养实验评估菌株共生能力；3)采用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)分析挥发性风味物质；4)整合代谢组学与纯培养技术解析种间互作机制。

【Abstract】部分显示，研究通过比较单一培养与共培养体系，证实SMC能完美复刻传统开菲尔的发酵特性。【结果】部分包含三个重要发现：1)菌株筛选确定CZ22、CZ19和Y8为核心功能菌株；2)代谢分析揭示SMC发酵产物包含与传统开菲尔完全相同的7类28种特征风味物质；3)机制研究发现氨基酸和核苷酸的交叉喂养是维持群落稳定的关键。【讨论】强调该SMC模型不仅简化了复杂发酵系统，更首次从分子层面阐明开菲尔菌群的共存策略。

这项研究的突破性在于：首次构建了功能完备的开菲尔简化菌群，将原本包含数十种微生物的复杂系统精简为3株核心菌；创新性地采用"代谢组学+纯培养"双轨策略，破解了乳酸菌与酵母菌的互作密码；为传统发酵食品的标准化生产提供了可工程化的微生物组模板。更重要的是，该研究建立的SMC构建与解析方法，可推广至泡菜、酸奶等其他发酵食品的工艺改良，对实现传统食品生产的现代化转型具有重要指导价值。