酪丁酸梭菌菌株遗传多样性及其在洗浸凝乳干酪中引发晚期产气缺陷能力的差异研究

为解决酪丁酸梭菌(Clostridium tyrobutyricum)菌株在干酪中引发晚期产气缺陷(LBD)的机制不明问题，研究人员通过表型实验和基因组分析，揭示了6株菌在洗浸凝乳干酪和液体培养基中的生长差异，发现LBD发生具有菌株特异性和温度依赖性，且液体模型无法完全预测干酪实际表现。该研究为干酪质量控制提供了新见解，发表于《Journal of Dairy Science》。

　　

硬质和半硬质干酪的"晚期产气缺陷"(Late Blowing Defect, LBD)是困扰乳制品行业数十年的难题，这种由产孢细菌代谢活动引发的缺陷会导致干酪出现裂缝、异味，每年造成巨额经济损失。尽管酪丁酸梭菌(Clostridium tyrobutyricum)被认为是主要致病菌，但奇怪的是：并非所有菌株都会引发LBD，且实验室液体培养基的结果常与实际干酪表现不符。这种"菌株差异性"和"模型失真"现象，使得乳企难以精准评估原料乳风险，也阻碍了针对性防控技术的开发。

为破解这一难题，来自康奈尔大学食品科学系的Aljo?a Trm?i?团队在《Journal of Dairy Science》发表重要研究。团队采用多维度研究策略：首先通过洗浸凝乳干酪实验（分别接种孢子/营养细胞，8°C/15°C双温培养）评估6株菌的LBD诱发能力；同步开展液体培养基（强化梭菌培养基RCM和富乳培养基EM）实验，测试不同温度(8-37°C)和pH(4.1-6.9)下的生长特性；最后结合全基因组测序和比较基因组学分析，挖掘表型差异的遗传基础。所有菌株均分离自康奈尔大学食品安全实验室(FSL)保藏库，包括标准菌株ATCC 25755^T和5株分离自原料乳/青贮饲料的野生株。

实验结果揭示三大发现：

液体培养基结果不能完全预测干酪表现

在RCM培养基中，所有6株菌在12.5°C以上均能生长产气（5株孢子接种株在12.5°C阳性），但在实际干酪中，仅3株（FSL E2-8993/E2-8979/E2-8958）能在15°C引发LBD，且这些菌株在干酪中耐受的pH下限（最低4.15）显著低于液体培养基（pH 5.1）。这种"模型失真"现象提示现行基于液体培养基的风险评估可能存在偏差。

LBD发生具有温度-菌株双重特异性

15°C老化时，3株"LBD+"菌株在干酪中产生显著气体（专家评分2.5-3.5分）和丁酸(1.10-6.05 g/kg)，菌量达5.35-6.44 log cfu/g；而另外3株"LBD-"菌株即使在同一条件下，菌量仍<2.3 log cfu/g，丁酸仅0.09-0.15 g/kg。但在8°C下，所有菌株（包括LBD+菌株）均丧失致病能力，证实低温（≤8°C）仍是控制LBD的有效手段。

基因组多样性显著但缺乏明确标记基因

比较基因组显示6株菌共有2,236个核心基因，但存在3,008个附属基因（含1,915个菌株特异性基因）。尽管所有菌株均保留丁酸发酵通路关键基因（如thlA_2、hbd、crt等），但LBD+菌株特有15个基因（含鞭毛组装因子fliW、σ因子sigG等），LBD-菌株则富集核苷酸转运和PTS系统相关基因。有趣的是，系统发育分析显示LBD+/-菌株混合聚类，暗示表型差异可能源于水平基因转移或微效多基因调控。

这项研究首次通过"干酪-培养基-基因组"三联证据链，证实酪丁酸梭菌的LBD诱发能力具有菌株特异性，且受培养基质物理化学特性的显著影响。该发现不仅解释了为何传统液体培养基预测结果常与实际干酪不符，还为乳品工业提供了重要启示：LBD风险评估需结合菌株特异性检测，而8°C以下老化可有效阻断绝大多数菌株的破坏活动。未来研究应聚焦于LBD+菌株特有基因的功能验证，以及开发更贴近干酪真实环境的预测模型。