寻菌34年

寻菌34年

半月谈记者 魏婧宇

不独为生产发酵乳制品，人类60%的食物都与乳酸菌发酵有关，乳酸菌在食品工业、健康医疗、农业和生态保护等领域广泛应用，被认为是最重要微生物战略资源之一。

曾经长期被国外垄断的优良乳酸菌菌种，经过研究人员30余年的努力，正在逐渐实现国产化。在内蒙古农业大学，研究人员已建起全球最大的原创性乳酸菌种质资源库，并依托该种质资源库开展乳酸菌基因组研究和智能筛选工作。

不放过农家灶台上的一碗“酸粥”

来自内蒙古和来自青海的乳酸菌，虽然曾经远隔千里，如今却在内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部重点实验室里成为“邻居”，在它们旁边，还有从天宫二号“出差”归来的乳酸菌。

这个保存有47573株乳酸菌菌株的种质资源库，经中国食品科学技术学会与全球主要菌种保藏中心公布的乳酸菌保藏数量进行分析对比后认定，是目前全球最大、种类最全的原创性乳酸菌种质资源库。

乳酸菌种质资源库凝结了内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部重点实验室主任张和平及其团队34年的努力。

我国对乳酸菌的研究起步较晚。在20世纪八九十年代，我国对乳酸菌资源还缺乏收集保护、种质资源库建设滞后、优良菌株筛选技术匮乏，也没有自主研发乳酸菌的技术与能力。

“当时有关乳制品发酵剂的研发技术、知识产权以及菌种和产品几乎都被西方国家所掌控，我国的乳品企业生产基本全部采用国外的菌种。”1989年，硕士毕业留校任教的张和平暗下决心，要建立我们国家自己的乳酸菌种质资源库，打破西方国家对优良菌种的垄断。

2009年，张和平（左一）在甘肃采集乳制品样本

从那时起，张和平开始寻菌之路。村民家灶台上的一碗酸粥、牧民自制的一桶酸奶，都被他带回实验室采样、分离、鉴定。从最初的一个人干，到带领团队一起做，张和平团队累计采集自然发酵乳制品等样品6202份，从中分离、鉴定和保藏4万余株乳酸菌菌株，建成乳酸菌种质资源库，并于2022年入选首批国家农业微生物种质资源库。张和平说：“我们建起自己的种质库，为乳酸菌研究和深度开发利用提供了战略性资源。”

破解乳酸菌的基因密码

“乳酸菌要好好保存，更要好好利用。”怀着这一信念，张和平带领团队于2018年在国际上率先启动了“乳酸菌万株基因组计划”。

他介绍：“乳酸菌系统发育关系复杂，菌株间功能和代谢差异极大，难以通过传统实验方法系统性地研究和挖掘，这大大限制了乳酸菌的开发与利用效率。如何对乳酸菌菌株进行高效挖掘，成为全球学界和产业界的迫切需求。”

在“乳酸菌万株基因组计划”中，研究人员基于已完成的11678株乳酸菌基因组数据，结合公共数据库中51900个乳酸菌基因组信息，创建全球首个集乳酸菌基因组数据与功能研究于一体的共享平台——iLABdb数据库。

“数据库不仅汇集超过6万个乳酸菌基因组的序列和元数据信息，还提供关于乳酸菌序列分析、可视化和数据共享的工具，为乳酸菌物种注释、功能解析和深度开发利用提供分析平台。”张和平说。

张和平（左一）和团队成员在进行实验

通过这个数据库，研究人员可以更准确地明确乳酸菌菌株的遗传背景，直观地了解乳酸菌基因组中的关键功能区域，高效地分析乳酸菌的功能特性和潜在应用价值，推动乳酸菌在食品、健康和农业等领域的创新应用。

“让中国酸奶用上中国菌种”，是张和平投身乳酸菌行业研究的初衷。随着乳酸菌种质资源库和基因数据库的建立，我国乳酸菌研究进一步深入，为核心技术国产化奠定基础。

助力优良菌种国产化

乳酸菌这个名字出现仅百余年，但对乳酸菌的应用却有上千年的历史。5000多年前，古代游牧民族已经掌握了用羊奶制作酸奶的技术。3000多年前的商代人就已经开始利用其做腌渍菜了。如今，乳酸菌除了可用于食品加工和生物制品的生产，也可作为膳食补充剂和活菌药物的重要成分，还可以助力污水处理和废物降解，在众多领域发挥着重要的作用。

为了寻找可供开发利用的优良乳酸菌菌种，张和平团队基于基因组大数据，深入挖掘与益生特性、生产性能相关的功能基因，创建益生乳酸菌人工智能筛选平台iProbiotics。利用深度机器学习的人工智能方法与理论，张和平团队相继筛选出具有维持肠道菌群稳态、调节代谢和免疫等优良特性的乳酸菌104株，优良益生菌菌株中的乳酸菌菌种实现国产化。优良菌株被蒙牛、新希望、完达山等23家乳品公司采用，取代了原有的进口菌种。

张和平团队还将科学研究与产业链上下游对接，开发了适合于奶牛养殖的乳酸菌制剂和青贮发酵剂，推升奶牛绿色养殖水平。研究人员对奶牛规模化养殖存在的乳腺炎多发和抗生素滥用等问题进行深入研究，明确了肠道菌群紊乱是引发乳腺炎的重要原因之一。依据奶牛不同生理阶段肠道菌群特征，研创了适用于奶牛健康养殖的产品，通过添加乳酸菌制剂，奶牛的隐性乳腺炎患病率下降45%，产奶量提升4.5%。

“乳酸菌的世界很大、很丰富，我们的研究永远在路上。”张和平说，他的团队计划到2025年完成4万株乳酸菌基因组的测序，揭示出更多乳酸菌多样性分布生态学规律，继续对乳酸菌进行有针对性的开发利用。