2026年02月10日
長期以來，白酒、食品及生物制造等泛發(fā)酵工業(yè)普遍面臨微生物群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜、發(fā)酵環(huán)境條件嚴(yán)苛等問題。傳統(tǒng)多組學(xué)技術(shù)雖然能夠描繪發(fā)酵體系中微生物的“組成圖譜”，但在高溫等極端條件下，哪些微生物仍保持活性并真正參與發(fā)酵過程，始終缺乏有效的判別手段。
近日，江南大學(xué)生物工程學(xué)院徐巖教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所單細(xì)胞中心徐健研究員團(tuán)隊(duì)，在高溫大曲單細(xì)胞拉曼分選服務(wù)菌群機(jī)制解析和原位功能菌資源挖掘等方面取得重要進(jìn)展，研究成果以“Single-cell phenotyping and sequencing uncover metabolically active low-abundance yeasts in thermophilic fermentation”為題發(fā)表于《Bioresource Technology》（IF=9.0）。
研究團(tuán)隊(duì)首先建立了適配于高溫大曲的群落穩(wěn)定同位素示蹤、拉曼光譜鑒定及單細(xì)胞分選技術(shù)，對高溫大曲發(fā)酵過程中酵母菌的原位活性狀態(tài)及其代謝活力，進(jìn)行了準(zhǔn)確定量和精準(zhǔn)分選。結(jié)果顯示，在高溫脅迫條件下，通過測序檢測到的酵母物種中，僅有10%-32%仍保持代謝活性。酵母菌在高溫大曲中存活比例的定量結(jié)果，表明微生物在群落中的“數(shù)量及多樣性”，并不等同于其在發(fā)酵過程中的“功能”。
研究發(fā)現(xiàn)，高溫大曲發(fā)酵并非由某一種微生物在整個過程中持續(xù)主導(dǎo)，而是由多種關(guān)鍵功能酵母在不同階段分工協(xié)作、接力完成。在中溫階段，Saccharomycopsis fibuligera和Wickerhamomyces anomalus介導(dǎo)底物降解和風(fēng)味前體合成；而當(dāng)溫度升高至45℃以上，僅耐熱能力更強(qiáng)的Pichia kudriavzevii能持續(xù)保持高活性。這種不同酵母菌株間在原位功能上各具動態(tài)特征、分工明確、多步接力式的協(xié)作模式，有助于維持高溫發(fā)酵體系在極端條件下的整體穩(wěn)定性。
最后，基于比較基因組學(xué)和遺傳層面的進(jìn)化分析結(jié)果，研究小組進(jìn)一步揭示了高溫大曲中耐熱酵母Pichia kudriavzevii在高溫環(huán)境中保持活性的適應(yīng)性進(jìn)化機(jī)制。