《Food Research International》：The viable but non-culturable state in fermented food ecosystems: linking culturability loss, recovery and cellular function
编辑推荐：
•食品系统中的胁迫使可培养性与活力和细胞功能脱耦。•VBNC群体在保留的细胞功能和复苏能力方面存在差异。•不同的分子途径可汇聚至相似的失活培养表现。•VBNC结局取决于微生物的生态角色和食品加工的背景条件。•复苏取决于VBNC期间限制持续增殖的关键细胞功能。引言活的但不可培养
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食品系统中的胁迫使可培养性与活力和细胞功能脱耦。
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VBNC群体在保留的细胞功能和复苏能力方面存在差异。
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不同的分子途径可汇聚至相似的失活培养表现。
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VBNC结局取决于微生物的生态角色和食品加工的背景条件。
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复苏取决于VBNC期间限制持续增殖的关键细胞功能。
引言
活的但不可培养的（VBNC）状态是一种与胁迫相关的生理状态，在此状态下细胞失去了在支持其可培养同类生长的条件下形成菌落的能力，但仍保留可测量的活力特征（Liu等，2023；Xu等，1982）。自Xu等（1982）首次描述以来，VBNC细胞已在多种细菌类群和环境条件下被发现，其中食品相关微生物的数量也在不断增加（Dong等，2020；Li等，2014）。根据菌种和胁迫历史的差异，这些细胞可能保留膜完整性以及呼吸或代谢活性。它们还可能保留转录能力，在某些情况下，当适宜条件恢复时可重新获得可培养性（Dong等，2020；Liu等，2023）。这种活力相关特征与菌落形成之间的脱耦是理解胁迫下微生物存活和功能潜能的关键。
VBNC现象的早期研究主要关注细胞在失去常规可培养性的同时仍保持活力的矛盾性。然而，随着该领域的不断发展，这一看似简单的表型在实验上的界定却十分困难。可培养性、活力、代谢活性、胁迫耐受性和复苏能力是相互关联但各自独立的特征。VBNC状态可能与多种其他胁迫相关状态表现出表型重叠，包括亚致死损伤、持留菌表型和休眠状态，尽管这些概念的定义基于不同的生理或操作标准（Liu等，2023；Niu等，2024）。实验测量的增加带来了更多复杂性，因为基于培养方法的计数、活力标记物、代谢探针和复苏试验所检测的是不同的细胞特性（Dong等，2020）。可培养性的下降可能反映不可逆死亡、保留活力但无法常规形成菌落、可逆损伤、延迟生长或在所用培养条件下无法复苏。活力相关测量值与菌落计数之间的差异可揭示生理异质性，但没有任何单一检测方法能直接跨系统定量VBNC群体（Dong等，2020；Liu等，2023）。因此，本综述采用在规定常规条件下可培养性丧失与独立测量的活力相关特征相结合的证据来评估VBNC相关表型。复苏能力和单细胞观察提供补充证据，而混合群体中未解决的差异则被视为生理异质性的证据。
这些问题对发酵食品尤为相关，因为在发酵食品中微生物群体面临着酸化、乙醇积累、营养耗竭、渗透胁迫、氧气梯度、抗菌代谢物和种间相互作用等胁迫的动态组合。加工和储存过程施加了额外的胁迫（Ganesan等，2007；Millet & Lonvaud-Funel，2000；Serpaggi等，2012；Shafiei等，2017；Shangguan等，2025）。此类环境可在可培养性、活力和功能之间产生显著差异。在病原菌和腐败菌或工艺干扰菌中，这种差异可能掩盖了仍然具有活力、并可能在宽松条件下重新获得可培养性或活性的群体（Divol & Lonvaud-Funel，2005；Li等，2014；Oliver，2010；Ramamurthy等，2014；Serpaggi等，2012）。某些有益发酵微生物可能在特定的发酵或储存条件下保留生理活性、胁迫耐受性或复苏潜力（Ganesan等，2007；Lahtinen等，2008；Shafiei等，2017；Shangguan等，2025）。因此，在解读发酵食品生态系统中的VBNC相关转变时，其后果取决于微生物的角色和工艺背景。
随着食品及发酵系统中VBNC相关状态证据的不断积累，三个相互关联的问题浮现出来。在哪些食品和发酵环境中、哪些微生物群体中已记录了VBNC相关表型？与可培养性丧失和恢复相关的生理变化和调控过程是什么，以及它们在跨物种和实验条件下的证据支持程度如何？这些观察揭示了什么食品安全和腐败方面的信息，以及它们在多大程度上支持了有益发酵微生物在工艺中可能产生的积极效益？本叙述性综述综合了来自食品和发酵系统的代表性证据。在有助于解释与食品相关微生物相关的生理变化或调控过程的情况下，也纳入了实验室和非食品模型的研究结果。我们比较了食品安全相关病原菌、腐败微生物和有益发酵微生物，并根据其实验证据支持程度评估机制发现。特别关注保留的活性、复苏能力或暂时性活性减弱是否转化为食品或工艺层面的可测量结果。本综述旨在阐明如何解读被常规培养方法低估的微生物群体，并评估有益微生物的生理转变对发酵是否具有可测量的影响。
章节摘要
食品及发酵系统中VBNC相关表型的生态驱动因素
微生物在发酵、加工和储存过程中会遇到不断变化的环境胁迫组合。与发酵相关的代谢过程逐步改变食品基质的pH、营养可及性、乙醇浓度和其他理化性质，而微生物代谢物可能施加额外的抑制压力（Atasoy等，2024；Capozzi等，2009；Ivit等，2020；Papadimitriou等，2016）。加工和保鲜处理进一步增加了……
食品及发酵系统中的VBNC相关微生物
已有超过100种细菌和真菌物种被报道可进入VBNC状态，涵盖多种微生物类群（Dong等，2020；Kaygusuz ?zg?rdü等，2022）。尽管存在这种分类学多样性，但直接在食品基质或活性发酵系统中研究VBNC群体的相对较少，更多的报告基于在受控的、与食品相关的胁迫条件下实验诱导的群体（Dong等，2020；Zhang, Yang等，2023）。本节评估了……
VBNC生命周期相关的生理变化
在本综述中，VBNC生命周期涵盖可培养性的丧失、不可培养群体的维持以及，在已观察到的情况下，可培养性的恢复。在这些阶段中，细胞包膜性质的变化、代谢活性、能量状态、细胞损伤和群体异质性均有所报道。其程度和方向因物种和实验条件而异。本节探讨了在VBNC相关转变过程中哪些细胞特性被保留或改变……
VBNC生命周期的分子调控
上述生理构型依赖于细胞维护和持续增殖相关的分子过程。其相对活性在可培养性丧失、维持和恢复期间可能有所变化，从而提供了通向相似培养学结局的不同分子途径。代表性分子途径的证据支持程度各异，且具有不同的证据边界（表2）。
重新思考VBNC状态
来自食品相关和实验系统的证据支持通过可培养性、保留的细胞功能和复苏能力等部分可分离的维度来描述VBNC相关群体。这些维度在胁迫期间可以发生不同程度的变化。常规可培养性的丧失可以与保留的细胞功能并存，而重新增殖的能力在不同群体中因胁迫历史而异。因此，相似的培养学结局可以……
结论与未来展望
现有证据在不同实验深度上解析了VBNC相关转变的不同方面。食品和发酵研究捕捉到了与工艺相关的表型和结局，而受控模型则提供了对潜在细胞过程更高的解析度。这些证据日益将可培养性丧失与细胞功能和复苏联系起来，但相对较少的研究从初始细胞状态追踪这些关系至分子变化及……
生成式人工智能在科学写作中的使用声明
在准备本工作期间，作者使用了ChatGPT（OpenAI）来提高可读性和清晰度，检查拼写和语法，并协助参考文献格式整理。在使用该工具后，作者对内容进行了审查和编辑，并对已发表文章的内容承担全部责任。
作者贡献声明
Dong Han（韩冬）：撰写——初稿、资助获取、概念构思。Mingchao Jiang（蒋明超）：撰写——初稿、可视化、验证、调查研究。Wenting Li（李文婷）：可视化、监督、调查研究、形式分析。Yuqin Wang（王宇勤）：撰写——审阅与编辑、调查研究、形式分析。Zhen Yu（于震）：可视化、监督、软件。Chunchi Rong（荣春池）：撰写——审阅与编辑、监督、资源。Yuanyuan Zhu（朱媛媛）：软件、方法论、调查研究。Yongjian Yu（于永建）：撰写——审阅与编辑……
资金支持
本研究由国家自然科学基金委员会（项目编号：32200012）和四川省食品微生物重点实验室开放课题（项目编号：FM2025-16）资助。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的、可能影响本文所报告工作的经济利益冲突或个人关系。
韩冬|蒋明超|李文婷|王宇勤|于震|荣春池|朱媛媛|于永建|蔡婷
