基于LuxS/AI-2群体感应系统的植物乳杆菌SH7工程菌构建及其在发酵香肠生物胺降解中的应用

本研究针对发酵肉制品中生物胺(BAs)危害问题，通过转录组学解析植物乳杆菌(L. plantarum) SH7的LuxS/AI-2群体感应(QS)系统调控腐胺降解机制，并构建luxS基因过表达工程菌SH7-pMG36e-luxS。实验证实该菌株使发酵香肠总BAs含量降低，腐胺和尸胺降解率分别达75.26%和61.40%，为开发功能性发酵剂提供了新策略。

　　

在传统发酵肉制品中，生物胺(BAs)的积累一直是困扰食品安全的重大隐患。这些由氨基酸脱羧产生的化合物，轻则引发过敏反应，重则导致中毒甚至致癌。尤其腐胺(putrescine)和尸胺(cadaverine)等BAs，不仅影响产品风味，更是亚硝胺这类强致癌物的前体。尽管乳酸菌(LAB)作为发酵剂能部分降解BAs，但效率有限。近年来，科学家发现细菌的"群体对话"系统——群体感应(QS)可能是突破口，其中LuxS/AI-2系统作为通用"语言"备受关注。

东北农业大学的研究团队以具有优异BAs降解能力的植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum) SH7为研究对象，通过添加AI-2前体DPD激活其LuxS/AI-2 QS系统，并运用转录组学技术揭示分子机制。更创新的是，他们通过基因工程手段构建了luxS过表达菌株SH7-pMG36e-luxS，将其应用于发酵香肠体系验证实际效果。这项发表于《Food Microbiology》的研究，为开发新型功能性发酵剂提供了理论依据和技术路径。

研究主要采用三大关键技术：转录组测序解析DPD处理下SH7的基因表达谱；通过质粒pMG36e载体构建luxS过表达工程菌；采用高效液相色谱(HPLC)监测发酵香肠中8种BAs含量变化。

【分析结果】

1. 功能基因组注释显示SH7含有2979个编码基因，其中77.71%在GO数据库有注释，81.17%在COG数据库有功能分类。
2. 京都基因与基因组百科全书(KEGG)分析发现，DPD处理显著上调luxS、pfs等QS相关基因及胺氧化酶(AOC1)、多铜氧化酶(MCO)等降解基因，同时下调精氨酸代谢途径的argBCD等合成基因。
3. 工程菌接种实验显示，第9天时SH7-pMG36e-luxS组总BAs含量(96.14 mg/kg)显著低于野生菌组和空白组，腐胺降解率较野生型提高42%。

【结论与意义】
该研究首次阐明LuxS/AI-2 QS系统通过"双管齐下"策略调控腐胺代谢：一方面激活AOC1等降解途径，另一方面抑制精氨酸代谢流。工程菌的应用使发酵香肠BAs含量降低30%以上，特别是对高毒性腐胺的降解效果突出。这项成果不仅为理解细菌群体感应与食品安全的关系提供了新视角，更开创了通过基因编辑强化QS系统来提升发酵食品品质的新思路。研究者特别指出，相比直接添加昂贵的AI-2信号分子，改造luxS基因的工程菌策略更具产业化应用前景，为开发下一代智能发酵剂奠定了关键技术基础。