意大利PDO硬质奶酪微生物组分析揭示其作为精神益生菌和生物保护剂的潜力

本研究针对意大利三大PDO硬质奶酪（Grana Padano、Parmigiano Reggiano和Trentingrana）的微生物组开展多组学分析，通过整合宏基因组学、挥发组学和宏蛋白质组学技术，揭示了奶酪特异性生物标志物与风味形成机制，首次发现其微生物组具有合成神经活性分子（如GABA）和抗菌肽的潜力，为开发功能性发酵食品提供了理论依据。

　　

在意大利美食文化中，Grana Padano（GP）、Parmigiano Reggiano（PR）和Trentingrana（TG）这三种受原产地保护（PDO）的硬质奶酪占据着重要地位。这些经过长达12个月以上熟化的奶酪，其独特风味和质构的形成与微生物组的代谢活动密切相关。然而，不同PDO奶酪间的微生物群落差异及其功能特性尚未系统解析，特别是微生物组在产生生物活性物质（如精神益生菌和抗菌肽）方面的潜力仍有待探索。

为回答这些问题，由Vincenzo Valentino和Raffaele Magliulo等学者领衔的研究团队在《npj Biofilms and Microbiomes》发表了开创性研究。研究人员收集了120份市场样品（GP=42，PR=60，TG=18），采用宏基因组测序解析微生物组成，通过气相色谱-质谱（GC-MS/MS）分析挥发性有机物（VOCs），并运用液相色谱-质谱（LC-MS/MS）进行宏蛋白质组学检测。

主要技术方法

研究整合多组学技术：1）宏基因组测序分析微生物组成与功能基因；2）GC-MS/MS检测53种VOCs；3）LC-MS/MS鉴定活性蛋白；4）生物信息学分析（LEfSe、随机森林等）识别标志物；5）宏基因组组装基因组（MAGs）重建菌株功能。样本来自意大利北部PDO产区市售奶酪，确保地理真实性。

研究结果

微生物群落特征

宏基因组分析显示：

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  优势菌群为副干酪乳杆菌（Lacticaseibacillus paracasei）和鼠李糖乳杆菌（Lc. rhamnosus），占总丰度40%以上

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  PR和TG群落相似（含嗜热链球菌和瑞士乳杆菌标记菌），与GP显著分离（含Lc. rhamnosus和德氏乳杆菌标记）

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  GP中菌株异质性更高（鼠李糖乳杆菌平均9.6株/样本，PR仅4.3株）

风味形成机制

挥发组学发现：

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  己酸（11,770 ppb）和丁酸（6,470 ppb）是最丰富VOCs

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  特定LAB与风味物质强相关：嗜热链球菌与2-戊醇（果香）、鼠李糖乳杆菌与1-己醇（花香）呈正相关

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  GP富含肽酶PepW，PR/TG富含PepE，导致蛋白水解路径差异

神经活性物质潜力

关键发现：

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  鉴定703个神经活性物质合成相关基因（如色氨酸合成酶、谷氨酰-tRNA合成酶）

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  乳酸乳球菌携带完整gadCB操纵子（GABA合成通路）

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  宏蛋白质组检测到亚油酸异构酶（CLA前体）等6种活性蛋白

生物保护功能

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  发现485个核糖体合成肽（RiPPs）基因簇，54%来自嗜热链球菌

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结论与意义

该研究首次系统揭示了意大利PDO硬质奶酪微生物组的双重价值：

1. 1.

   工艺价值：阐明不同PDO奶酪的风味形成机制，证实加工参数（如GP添加溶菌酶）显著影响微生物群落构建；

2. 2.

   健康价值：发现其微生物组具有精神益生菌潜力（通过GABA等神经活性物质影响肠-脑轴）和生物保护功能（通过抗菌肽提升安全性），为开发功能性乳制品提供新思路。

研究局限性在于市售样本缺乏详细工艺参数记录，未来需纵向追踪生产全程的微生物动态。这些发现不仅对PDO奶酪品质控制具有指导意义，也为探索发酵食品与心理健康的关系开辟了新途径。