近期，我校生物工程學院許正宏教授團隊針對非優勢微生物在傳統釀造谷物醋中的作用研究取得重要進展，研究成果“Komagataeibacter europaeus improves community stability and function in solid-state cereal vinegar fermentation cosystem: non-abundant species plays important role”正式發表于《Food Research International》 （IF=6.475） （https://doi.org/10.1016/j.foodres.2021.110815），“Distinct co-occurrence patterns and driving forces of abundant and rare bacterial communities in the multispecies solid-state fermentation process of cereal vinegar”正式發表于《Systems Microbiology and Biomanufacturing》（https://doi.org/10.1007/s43393-021-00064-6）。
“一只南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶，偶爾扇動幾下翅膀，可以在兩周以后引起美國得克薩斯州的一場龍卷風”，這便是經典的“蝴蝶效應”，用以說明初始條件十分微小的變化經過不斷放大，對其未來狀態會造成極其巨大的影響。中國傳統谷物醋通常在開放環境下釀造而成，其發酵過程中涉及多種微生物的參與，形成了復雜的多物種微生態系統，包括高豐度的乳酸桿菌和醋酸桿菌等優勢種群（總序列相對豐度≥1%）以及種類繁多的稀有種群。目前科研人員已通過大量工作解析了優勢種群的結構及其在谷物醋釀造中的功能，但對非優勢種群在釀醋過程中的作用尚缺乏研究。那么，在谷物醋釀造群落中如繁星點點的非優勢微生物是否會發揮“蝴蝶效應”而影響整個微生態系統的結構與功能呢？
許正宏教授團隊與江蘇恒順集團長期合作，致力于鎮江香醋釀造微生態研究，采用現代生物技術解析傳統釀醋工藝機理，挖掘釀醋微生物的功能并加以理性工業應用。本研究以鎮江香醋為研究對象，1）采用高通量測序技術和統計生態學的方法，比較分析了固態醋酸發酵過程中優勢和稀有細菌微生物亞群落的結構與演替規律，在醋酸發酵過程中，優勢種群以乳桿菌屬Lactobacillus和醋桿菌屬Acetobacter為主（相對豐度>75%），稀有種群包括駒形桿菌屬Komagataribacter、歐文氏菌屬Erwinia、甲基桿菌屬Methylobacterium等，NMDS和Bray-Curtis相異度分析結果表明，與優勢種群相比，稀有種群不同發酵階段結構差異更顯著；2）解析了影響兩類亞群落演替的主要環境驅動因素，發現不同優勢種群在發酵過程中的演替驅動力不同，且相較于優勢種群，稀有種群可能受到更多環境因子的影響；3）通過共現性網絡分析揭示了優勢和稀有種群間的互作關系，優勢種群與稀有種群微生物之間的相互作用比它們各自內部之間的相互作用更多，基于模塊內連接和模塊間連接的相關算法確定了包括非優勢種群駒形桿菌在內的七個關鍵物種，其中駒形桿菌屬的OTU97與其它物種的連接最多（相互作用較強）；4）進一步經分離培養得到其代表菌株歐洲駒形桿菌Komagataeibacter europaeus JNP1，通過原位強化實驗研究了非優勢種對釀造生態系統的影響，發現JNP1的強化可加速乙酸的生成和還原糖的消耗，有助于提高原料利用率，改善食醋品質。
本研究聚焦傳統釀造食醋復雜微生物群落中的低豐度非優勢種群，系統解析了稀有微生物在發酵過程中保障群落結構穩定和代謝功能的關鍵作用，加深了對我國傳統食品多菌種協同產香發酵工藝所蘊含的科學道理的認知，為基于微生物群落調控的生產工藝優化和產品品質提升提供了一個嶄新的視角。
許正宏教授為論文通訊作者，我校17級博士生彭銘燁為第一作者。上述研究工作得到了國家自然科學基金（31771967）、國家重點研發計劃項目（2018YFC1603800和2018YFC1603802）的資助。
日期：2021-12-01
“一只南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶，偶爾扇動幾下翅膀，可以在兩周以后引起美國得克薩斯州的一場龍卷風”，這便是經典的“蝴蝶效應”，用以說明初始條件十分微小的變化經過不斷放大，對其未來狀態會造成極其巨大的影響。中國傳統谷物醋通常在開放環境下釀造而成，其發酵過程中涉及多種微生物的參與，形成了復雜的多物種微生態系統，包括高豐度的乳酸桿菌和醋酸桿菌等優勢種群（總序列相對豐度≥1%）以及種類繁多的稀有種群。目前科研人員已通過大量工作解析了優勢種群的結構及其在谷物醋釀造中的功能，但對非優勢種群在釀醋過程中的作用尚缺乏研究。那么，在谷物醋釀造群落中如繁星點點的非優勢微生物是否會發揮“蝴蝶效應”而影響整個微生態系統的結構與功能呢？
許正宏教授團隊與江蘇恒順集團長期合作，致力于鎮江香醋釀造微生態研究，采用現代生物技術解析傳統釀醋工藝機理，挖掘釀醋微生物的功能并加以理性工業應用。本研究以鎮江香醋為研究對象，1）采用高通量測序技術和統計生態學的方法，比較分析了固態醋酸發酵過程中優勢和稀有細菌微生物亞群落的結構與演替規律，在醋酸發酵過程中，優勢種群以乳桿菌屬Lactobacillus和醋桿菌屬Acetobacter為主（相對豐度>75%），稀有種群包括駒形桿菌屬Komagataribacter、歐文氏菌屬Erwinia、甲基桿菌屬Methylobacterium等，NMDS和Bray-Curtis相異度分析結果表明，與優勢種群相比，稀有種群不同發酵階段結構差異更顯著；2）解析了影響兩類亞群落演替的主要環境驅動因素，發現不同優勢種群在發酵過程中的演替驅動力不同，且相較于優勢種群，稀有種群可能受到更多環境因子的影響；3）通過共現性網絡分析揭示了優勢和稀有種群間的互作關系，優勢種群與稀有種群微生物之間的相互作用比它們各自內部之間的相互作用更多，基于模塊內連接和模塊間連接的相關算法確定了包括非優勢種群駒形桿菌在內的七個關鍵物種，其中駒形桿菌屬的OTU97與其它物種的連接最多（相互作用較強）；4）進一步經分離培養得到其代表菌株歐洲駒形桿菌Komagataeibacter europaeus JNP1，通過原位強化實驗研究了非優勢種對釀造生態系統的影響，發現JNP1的強化可加速乙酸的生成和還原糖的消耗，有助于提高原料利用率，改善食醋品質。
本研究聚焦傳統釀造食醋復雜微生物群落中的低豐度非優勢種群，系統解析了稀有微生物在發酵過程中保障群落結構穩定和代謝功能的關鍵作用，加深了對我國傳統食品多菌種協同產香發酵工藝所蘊含的科學道理的認知，為基于微生物群落調控的生產工藝優化和產品品質提升提供了一個嶄新的視角。
許正宏教授為論文通訊作者，我校17級博士生彭銘燁為第一作者。上述研究工作得到了國家自然科學基金（31771967）、國家重點研發計劃項目（2018YFC1603800和2018YFC1603802）的資助。
日期：2021-12-01
