病原体源性胆甾烯酮增强罗伊氏乳杆菌抗菌物质reuterin合成的机制研究及其在肉品发酵中的应用

本研究针对肉品发酵过程中病原菌污染控制难题，创新性发现罗伊氏乳杆菌(Limosilactobacillus reuteri)能利用病原体裂解产生的胆甾烯酮(cholestenone)显著提升广谱抗菌物质reuterin产量。通过多组学分析揭示该代谢物通过上调gdht/pdu基因簇表达、激活糖酵解和脂肪酸代谢通路，使reuterin产量提升2.12倍，并在火腿模型中验证其强化抑菌效果，为开发新型生物防腐剂提供理论依据。

　　

在食品工业面临抗生素滥用和化学防腐剂安全争议的背景下，肉制品发酵过程中的病原微生物污染控制成为重大挑战。传统乳酸菌产生的有机酸和细菌素虽有一定抑菌效果，但其抗菌谱和稳定性存在局限。罗伊氏乳杆菌(Limosilactobacillus reuteri)合成的reuterin（3-羟基丙醛）因其广谱抗菌、抗炎和抗肿瘤特性备受关注，但每克4710美元的高生产成本严重制约其应用。更关键的是，微生物群体互作对reuterin合成的调控机制尚属空白，这成为提升其生物合成效率的重要瓶颈。

中国农业科学院的研究团队通过创新性实验设计，发现罗伊氏乳杆菌LR21菌株与革兰氏阳性（金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus）或阴性（产肠毒素大肠杆菌Escherichia coli）病原菌共培养时，reuterin产量显著提升至37.35 mM，较单菌培养提高2.12倍。令人惊讶的是，即使使用热灭活病原菌仍能保持1.16倍的增产效果，暗示病原体裂解释放的某些成分可能激活了reuterin合成通路。

研究采用多组学联用技术：通过代谢组学鉴定出差异代谢物胆甾烯酮（4-cholesten-3-one）；薄层色谱证实LR21自身不能合成该物质；转录组和qPCR显示胆甾烯酮显著上调甘油脱水酶基因(gdht)和丙二醇利用操纵子(pduA/B/C/D/E)表达；最后在接种ETEC和SA的火腿模型中验证其增效作用。

研究结果揭示：
3.1 外源菌促进reuterin合成
共培养活菌使reuterin产量达37.35 mM，热灭活菌仍保持23.09 mM，表明结构成分而非活菌信号起关键作用。

3.2 reuterin的杀菌机制
SEM观察显示病原菌细胞膜凹陷破裂，260/280 nm吸光度证实核酸和蛋白泄漏，证实reuterin通过破坏膜完整性杀菌。

3.3 代谢重编程特征
PCA分析显示共培养组有机酸和脂类代谢物增加21.83%，活菌组更显著影响色氨酸代谢通路。

3.5 胆甾烯酮的核心作用
Venn图锁定胆甾烯酮为共有差异物，10 μg/mL处理使reuterin增产1.8倍，且不影响菌体生长。

3.6 转录调控网络
KEGG分析显示核糖体和糖酵解通路基因(fba/pyk等)上调，脂肪酸合成基因(fabA/H/I)表达增强，为reuterin合成提供前体和能量。

3.7 应用效果验证
火腿贮藏实验显示LR21+胆甾烯酮组在第6天使病原菌数降低2个数量级，显著优于单用LR21。

这项发表在《LWT》的研究首次阐明微生物"以敌制敌"的生存策略：罗伊氏乳杆菌通过利用病原体裂解产生的胆甾烯酮，激活包括pdu微区室组装在内的多重代谢通路，实现reuterin的高效合成。该发现不仅为理解微生物群体互作提供新视角，更开创性地提出"病原代谢物增效"的生物防腐新思路。通过胆甾烯酮的添加，可使reuterin生产成本降低44%，这对开发兼具降胆固醇和抗菌功能的复合益生菌制剂具有重要实践价值，为清洁标签食品的开发提供关键技术支撑。