食品微生物的功能优化与调控的基础研究

对微生物性能的理解、利用和开发是提高食品生物制造过程效能的关键。本项目以食品生物制造中最为重要的乳酸菌和酵母为模式微生物，以微生物代谢速率和抵御环境胁迫能力为食品微生物功能的重点研究内容，通过运用高通量代谢组学、流量组学、基因操作和恒化器培养等技术，进行微生物自身基因改造、细胞胞内微环境调节、微生物培养宏观环境优化等研究，在分子水平上阐明食品微生物细胞调控网络和代谢网络之间的关系，提高微生物的代谢能力和抵御环境胁迫的能力，实现细胞最大化和快速化地合成目标代谢产物。这些研究成果将显著提高对代谢调控的理解水平，为食品制造的微生物过程提供理论基础，促进食品生物技术的发展。

本项目以典型食品微生物为研究对象，探索了细胞响应环境胁迫的生理机制并发展了提升微生物抵御环境胁迫能力的方法。初步解析细胞调控网络与代谢网络之间的关系并实现了微生物功能的优化。代表性工作如下： .(1) 发现了谷胱甘肽(GSH)提高乳酸菌冷冻胁迫抗性的现象，确定了稳定细胞膜完整性、提高膜脂肪酸不饱和度和调控分子伴侣是主要机制，发展了直投式乳酸菌发酵剂制备中提高细胞的存活率及产品货架期的方法。此外，基于功能基因组学，成功获得拮抗幽门螺杆菌以及缓解重金属毒性的益生乳酸菌株。 .(2) 构建并证实F0F1-ATPase缺失菌株能够通过加速碳代谢维持正常ATP水平，确定了酵母中NADH氧化酶通过减少ROS对细胞的毒性提高其抗高渗胁迫能力; 基于上述发现，初步阐明辅因子调控胞内微环境强化碳代谢流的主要机制，并实现目标途径的优化。 .(3) 基于基因组测序、代谢网络构建和关键功能基因解析,明确了B. megaterium和K. vulgare之间主要关系为前者为后者提供必需营养因子和解除氧胁迫，建立了维生素C发酵过程关键氨基酸的流加策略，提高发酵强度18%；成功构建一步发酵2-KLG的工程菌株。.项目执行期间发表SCI论文33篇；获得授权发明专利17项，另申请国际发明专利2项；获国家科技进步二等奖1项，省部级(国家级协会)一等奖2项；2人分别获国家杰出青年基金和长江特聘教授；本项目成员参加本领域重要学术会议26人次，18人次应邀作分会或大会报告；获1篇全国优秀博士论文；培养博士生10名，硕士生24名。