高德干酪生产过程中噬菌体多样性及丰度的动态变化研究

这篇研究通过宏基因组学与微生物学方法相结合，揭示了高德干酪（Gouda-type）生产过程中侵染乳酸菌（LAB）的噬菌体（phage）多样性、丰度及动态变化规律。研究鉴定了12个假定的乳球菌噬菌体基因组（Skunavirus属和P335群），通过受体结合蛋白（RBP）序列预测宿主细胞壁多糖（CWPS）类型，并验证了噬菌体对特定CWPS型菌株的感染特性。研究强调了噬菌体动态监测对保障发酵工艺稳定性的重要性，为乳制品工业中噬菌体污染防控提供了新见解。

　　

摘要

研究聚焦高德干酪生产全程中噬菌体群落的动态变化，通过宏基因组测序与培养法结合，揭示了噬菌体对乳酸菌（LAB）发酵的潜在威胁。从原料到终产品的17个样本中，鉴定出62条Skunavirus属和21条P335/前噬菌体相关序列，其中9种独特的RBP基因分属不同进化分支。分离的3株Skunavirus噬菌体（M19、M50、M51）分别特异性侵染CWPS A、C₂和C₁型宿主，其热稳定性测试显示100°C处理1分钟后仍保留感染性。

引言

乳酸乳球菌（L. cremoris/lactis）是乳制品发酵的核心菌种，但噬菌体感染可导致发酵失败。Skunavirus（原936群）因高毒力成为主要威胁，其宿主特异性由RBP与CWPS结构互作决定。当前CWPS分型（A-D及C_1-11亚型）为预测噬菌体宿主范围提供了依据，但复杂发酵体系中噬菌体动态仍缺乏系统研究。

材料与方法

样本覆盖干酪生产线的原料（灭菌乳清奶油、活化发酵剂）、中间产物（三次填充的乳清与凝乳）及终产品。病毒颗粒经PEG沉淀、DNase处理后，通过Illumina测序和SPAdes组装获得病毒基因组。分离的乳酸菌通过16S rRNA测序和cwps分型鉴定，噬菌体通过噬斑试验、RFLP和全基因组测序表征。

结果

噬菌体基因组特征：8个代表性contig（如M19含双RBP基因）显示Skunavirus典型基因排列。RBP系统发育分析将9个RBP归为I、II、V、VII、VIII组，与CWPS A/C型宿主匹配。

噬菌体分离与验证：18株分离噬菌体均属Skunavirus，其中M19（CWPS A型宿主）在首轮填充凝乳中占比100%，而第七轮填充时M51（C₁型宿主）丰度显著上升。

动态变化：qPCR显示噬菌体总量随生产进程增加，第七轮填充时达峰值（7 log PFU/mL）。乳清奶油原料携带最丰富的噬菌体群落，但灭菌后仍检出活性颗粒。

讨论

乳清奶油再利用可能是噬菌体污染源，其热稳定性（100°C耐受性）加剧防控难度。生产后期噬菌体群落多样性增加，暗示“杀赢家”效应可能改变发酵剂菌群结构，影响产品一致性。研究建议结合CWPS分型与RBP追踪技术，优化噬菌体监测策略。

重要性

该研究首次系统解析干酪生产中噬菌体与宿主的互作动态，为工业发酵中噬菌体风险管理提供了分子层面的解决方案。