《Food Bioscience》：Whole-Genome Analysis of
Pediococcus pentosaceus IMAU18354: Elucidating Exopolysaccharide Gene Clusters and Probiotic Potential
编辑推荐：
•1. 菌落在葡萄糖、半乳糖和果糖琼脂上始终呈绳状，表明其产生强粘性胞外多糖（EPS）。•2. 注释鉴定出38条KEGG通路和37个CAZyme基因，包括支持多糖合成的多样化糖基转移酶。•3. antiSMASH检测到一个EPS基因簇，含有10个与调控、糖基转移、链长控制和输
- •
1. 菌落在葡萄糖、半乳糖和果糖琼脂上始终呈绳状，表明其产生强粘性胞外多糖（EPS）。
- •
2. 注释鉴定出38条KEGG通路和37个CAZyme基因，包括支持多糖合成的多样化糖基转移酶。
- •
3. antiSMASH检测到一个EPS基因簇，含有10个与调控、糖基转移、链长控制和输出相关的关键基因（33%相似性）。
- •
4. KEGG通路映射将碳源效应与葡萄糖-果糖的糖酵解/磷酸戊糖途径以及半乳糖的Leloir途径联系起来。
引言
戊糖片球菌（Pediococcus pentosaceus）是一种兼性厌氧、革兰氏阳性细菌[1]，属于乳杆菌科片球菌属。形态上以成对或四联排列的球形细胞为特征，该物种表现出通过菌落绳状特性所体现的独特粘性特性。近年来，戊糖片球菌作为潜在的益生菌候选者受到了广泛关注，因为它具有肠道适应性、抗菌活性以及调节宿主-微生物群相互作用的能力2, 3, 4。该物种已在食品发酵和农业生物技术中得到直接应用验证，作为发酵剂、风味增强剂和生物防腐剂发挥作用。多项研究6, 7已将戊糖片球菌鉴定为各种发酵产品（包括发酵谷物、香肠、泡菜和葡萄汁[8]）中的主要微生物组成成分。此外，该生物体调节肠道免疫功能，增强营养物质的合成和代谢，降低胆固醇水平[9]，并合成生物活性胞外多糖（EPS）。
胞外多糖是主要由单糖单元通过糖苷键相互连接形成的复杂多糖化合物，形成线性或支链大分子结构[10]。作为多种益生菌（包括乳酸菌）在生长过程中合成的次级代谢产物，胞外多糖作为防御性大分子在细菌生理学中发挥着关键作用[11]。这些聚合物在细菌细胞表面建立粘性荚膜层，具有双重功能：增强菌株对不良环境条件的耐受性，并促进在肠道黏膜表面形成生物膜，从而降低对肠蠕动清除的易感性，并建立有利于肠道定植的稳定微环境。因此，胞外多糖有助于改善宿主肠道环境并维持微生物稳态[12]。胞外多糖的生物合成发生在细胞生长和代谢过程中，其分泌由糖基转移酶、聚合酶、翻转酶和跨膜蛋白的协同作用介导[13]。这一过程深刻影响菌株的存活率，并赋予多种生物功能，包括抗菌活性[3]。
目前，EPS生产仍存在经济限制，关于戊糖片球菌及其胞外多糖的研究有限。此外，EPS生物合成在很大程度上取决于培养基中碳源的组成[14]。因此，本研究利用戊糖片球菌IMAU18354（一种产EPS菌株）作为实验对象。在不同碳源培养条件下定量测定粗EPS含量，并通过全面的基因组分析鉴定和表征与EPS合成相关的基因簇，阐明不同碳源EPS生产的代谢途径。此外，通过安全性评估、胆盐耐受性试验和抑菌敏感性测试系统地评价了该菌株的潜在益生菌特性。
章节片段
菌株来源和培养
戊糖片球菌IMAU18354保存在内蒙古农业大学乳酸菌保藏中心（LABCC），是从自然发酵的丹麦奶中分离得到的[15]。该菌株接种于MRS液体培养基，并在37°C下活化以供后续实验使用。
不同碳源培养基中戊糖片球菌IMAU18354的表型表征
考虑到乳酸菌在食品基质中对单糖的利用能力优于多糖，并且对不同单糖表现出不同的利用效率。
不同碳源培养基中戊糖片球菌IMAU18354的安全性评价
将戊糖片球菌IMAU18354划线接种到补充有不同碳源的固体琼脂平板上。如表1所示。在37°C下培养24小时后，戊糖片球菌IMAU18354在所有碳源条件下菌落大小、色泽和形态保持一致，未观察到明显差异。使用接种环挑取单个菌落后，戊糖片球菌IMAU18354在含有...的固体培养基上表现出明显的丝状特性。
讨论
本研究涵盖了戊糖片球菌IMAU18354的全基因组分析、胞外多糖提取和体外益生菌特性表征。
COG的目的是鉴定蛋白家族的进化和分类，并实现代谢途径的分析[31]。COG功能注释为理解微生物基因组中蛋白家族的进化关系和功能分类提供了框架。在本研究中，最丰富的COG
结论
本研究结合全基因组测序与表型实验，评估了戊糖片球菌IMAU18354的EPS产生能力和益生菌相关特性。基因组含有一个推定的EPS相关基因簇，包含核心糖基转移酶和链长调控基因，这与其绳状菌落形态和粗EPS生产一致。值得注意的是，半乳糖和果糖产生的粗EPS水平显著高于葡萄糖，表明存在碳源依赖性。
CRediT作者贡献声明
赵莉霞：写作-审稿和编辑。李雨：写作-审稿和编辑。吕瑞瑞：写作-审稿和编辑，方法论，形式分析，数据整理，概念构思。刘文军：写作-审稿和编辑，资源，项目管理，资金获取，概念构思。王沃宁：写作-原稿撰写，可视化，方法论，调查，形式分析，数据整理。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些可能影响本研究中报告的工作。
数据可用性
戊糖片球菌IMAU18354的全基因组鸟枪法序列已提交至GenBank数据库，登录号为JCBCUG000000000。相应的BioProject和BioSample原始读取登录号分别为PRJNA1503181和SAMN62008594。所有支持本研究结果的其他数据均可在合理要求下从通讯作者处获得。
数据将在要求下提供。
资助
本研究得到中国国家重点研发计划（2022YFD2100703）；国家自然科学基金（编号：32272289）；内蒙古农业大学食品科学与工程学院科技项目（SPKJ202218）的资助。
竞争利益声明
? 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些可能影响本研究中报告的工作。
王沃宁|吕瑞瑞|李雨|赵莉霞|刘文军
