哺乳动物肠道微生物与碳水化合物的互作及其影响

肠道微生物具有调节宿主营养、免疫以及能量代谢等生理功能。饮食是影响哺乳动物的肠道微生物的一个重要因素。碳水化合物是哺乳动物食物能量的主要来源,因此研究肠道微生物与碳水化合物的代谢之间的关系及其影响具有重要意义。基于近年相关研究,本文从碳水化合物对肠道微生物组成的影响、肠道微生物对碳水化合物的代谢机制以及碳水化合物发酵产物短链脂肪酸对宿主的影响3个方面进行了综述。研究表明,肠道微生物可用于发酵的碳水化合物类型主要是抗性淀粉和非淀粉多糖;不同类型的碳水化合物会导致肠道菌群发生适应性变化;复杂多糖发酵产生的短链脂肪酸在调节宿主能量平衡和免疫应答方面发挥了重要作用。总结近年来相关研究,可加深对肠道菌群对宿主碳水化合物代谢贡献的理解,为哺乳动物机体健康状况的营养调控策略提供参考。     

生物热对传统固态发酵菌群演替及其代谢影响的研究进展

解析传统固态发酵中产生的生物热对微生物菌群代谢的影响,是认识发酵机制、调控发酵过程、保证发酵效率的关键之一。固态发酵过程中,微生物菌群代谢活动所产生的生物热及传热效率低等问题引起微环境温度升高,进而影响微生物的生长与代谢。然而,关于传统固态发酵微生物受生物热的影响及其适应机制仍不明晰。因此,本文以传统固态发酵体系为研究对象,阐述持续生物热介导的高温对固态发酵过程中微生物群落演替和代谢功能的影响,并提出复杂群落中具有多层次调控微生物代谢以适应高温环境的方式,主要从微生物群体与个体层面介绍可能存在的耐热机制。了解生物热对传统固态发酵微生物的影响及潜在的耐热机制,有助于靶向调控发酵过程、强化高温发酵等,以满足未来的工业化需求。     

益生菌用途及其工艺化研究进展

益生菌是通过定殖在动物体内,对宿主健康有益的一类"活性微生物",是宿主代谢的重要参与者。高密度发酵已经成为提高益生菌活菌数的重要手段之一,其中发酵工艺在高密度发酵过程中起着关键性的作用。在饲料添加剂市场上,益生菌制剂亟需一种生产成本低且制粉简便的生产方法。对益生菌的种类、功能、高密度发酵条件探索以及制剂化等方面的已有研究成果进行了总结,并对该领域未来的研究进行了展望,旨在为益生菌生产提供有价值的参考。     

营养相互作用对传统发酵食品微生物群落构建的推动作用研究进展

传统发酵食品是由自然接种的多微生物组成的混菌体系,了解微生物群落自发式构建的机制是认识发酵机理和调控发酵的关键。尽管大量的测序数据已经对传统发酵食品中微生物群落的结构和功能有了较为清晰的认识,但是仍然不清楚微生物群落自发式构建的机制。本文提出微生物群落是分布式的代谢系统,微生物之间的营养相互作用推动了传统发酵食品微生物群落的自发式构建。本文主要阐述了营养相互作用的概念、发生的机理以及研究方法体系,整理了传统发酵食品中微生物之间营养相互作用的研究进展,并提出了未来的研究方向。通过营养相互作用推动的传统发酵食品微生物群落的自发式构建有助于定向控制发酵过程中的微生物种类、提高生产效率和改善发酵质量。     

近10年瘤胃微生物分离培养研究进展

瘤胃微生物的研究一直是反刍动物营养研究的重点领域,自20世纪中期以来,大量参与营养代谢的微生物被从瘤胃中分离和认识.当代,尽管分子生物学方法越来越广泛的应用于瘤胃微生物的研究,但传统的分离纯培养的研究方法,因能够获得新的微生物菌种,便于微生物生理功能与代谢的研究,仍具有不可或缺的作用.本文综述了2001年至2011年间中国知网和PubMed数据库中通过纯培养方法从瘤胃中分离微生物菌株(包括新属、种或首次从瘤胃中分离)的相关文献,并展示了这些微生物的形态和发酵特征,同时总结了瘤胃微生物的全基因组信息,旨在为今后瘤胃微生物的研究提供参考菌种和信息.     

传统发酵肉制品中微生物菌群对风味形成的研究进展

我国传统发酵肉制品种类丰富、风味独特。本文主要介绍参与肉制品发酵的微生物,从蛋白质、脂质和碳水化合物代谢途径的角度概述微生物对发酵肉制品呈香物质形成的作用机制,以及发酵过程中微生物的演替与风味变化的关系。     

传统发酵食品中微生物间相互作用及应用

在传统发酵食品的过程中,丰富的物质和开放的发酵方式促成了体系中微生物的多样性,微生物的繁殖代谢推动了食品发酵的进行。同时,微生物间的相互作用在发酵过程中起到十分重要的作用。研究微生物间的相互作用有助于我们了解食品发酵的内在机理,控制发酵的进程。本文主要介绍了传统发酵食品中微生物群落结构的复杂性和可演变性等特征,综述了基于细胞生长代谢特征研究和组学技术的微生物间相互作用生理机制,初步探讨了微生物共培养在传统发酵食品生产中提升产品品质、缩短发酵周期、提高产品安全性能的积极作用。目前对微生物共培养下的微生物间相互作用方式及机理的研究仍较少,而未来微生物共培养在强化发酵上具有广泛的应用前景。     

基因工程菌高密度发酵工艺研究进展

阐述了基因工程菌高密度发酵工艺的几个主要影响因素,包括重组菌构建、培养条件、生长抑制因子以及它们的控制技术。通过高密度发酵可以提高细胞生长密度、目的蛋白的表达含量。在高密度发酵过程中,会产生一些有害抑制代谢副产物,但通过分批补料可以降低影响。     

面向工业生物技术的系统生物学

工业生物技术是以微生物细胞工厂利用可再生的生物原料来生产能源、材料与化学品等的生物技术,在解决资源、能源与环境等问题方面起着越来越重要的作用。系统生物学是全面解析微生物细胞工厂及其发酵过程从"黑箱"到"白箱"的重要研究方法。系统生物学借助基因组、转录组、蛋白质组、代谢组以及代谢流组等多组学数据,可解析微生物细胞工厂在RNA、蛋白与代谢物等不同水平上的变化规律与调控机制。目前,系统生物学在微生物细胞工厂的设计创建与发酵工艺优化中起着越来越重要的指导作用,许多成功应用实例不断涌现,推动着工业生物技术的快速发展。文中重点综述基因组、转录组、蛋白质组、代谢组与代谢流组以及基因组规模的网络模型等各组学技术的最新发展及其在工业生物技术尤其是菌株改造与发酵优化中的应用,并就工业生物技术中系统生物学的未来发展方向进行展望。     

工业微生物在渗透胁迫下的应激反应及保护措施

发酵工业作为生物技术产业的重要组成部分,在我国工业结构中占据了极大比重,而在工业发酵后期菌体代谢物、中和剂以及补料物的累积使微生物受到极大的渗透胁迫,严重影响了细胞生长及目标产物代谢,致使发酵产量与效率偏低。本文主要针对高渗胁迫下微生物的细胞结构、应答途径、基因、蛋白、代谢、分裂机制进行综述与分析,并以微生物菌种特性结合工业发酵技术为改良思路,从菌种改良、外源添加保护剂、改良中和剂、去除渗透抑制因子、膜过滤技术等方面找寻潜在渗透保护措施,以期为发酵行业生产力水平的提升、节能减排降耗提供参考。     

氨基酸对青稞酒酿造微生物群落演替及风味代谢的驱动

【背景】环境因素是微生物生长代谢的重要驱动因素,因此,解析其对白酒酿造过程中微生物群落演替的影响对青稞酒的可控化生产具有重要作用。氨基酸作为微生物生长代谢的重要营养底物以及环境因素,其对微生物群落演替的作用尚不明确。【目的】揭示环境因素对青稞酒发酵过程中微生物群落演替及风味代谢的驱动作用。【方法】通过气相色谱-质谱联用技术对比检测肚里黄和瓦蓝两种青稞原料酿造青稞酒过程中风味物质变化情况;采用高通量扩增子测序及多元统计分析比较两种青稞酒醅中微生物群落结构特征;结合蒙特卡洛置换检验确定环境因素对微生物的影响;通过模拟发酵对以上研究结果进行验证。【结果】肚里黄青稞酒醅中酯类化合物的含量及其发酵后期乳酸杆菌相对丰度和氨基酸含量显著低于瓦蓝酒醅(P<0.05);通过生物信息学分析发现,环境因素中游离氨基酸是青稞酒发酵过程微生物群落演替重要的推动因素,且乳酸杆菌相对丰度与游离氨基酸呈显著相关;模拟发酵实验证实了特定氨基酸不足会影响乳酸杆菌生长。【结论】揭示了青稞酒发酵过程中游离氨基酸对微生物群落组装的驱动作用,进而影响青稞酒的风味品质,为青稞酒的可控发酵提供理论基础。     

重组大肠杆菌高密度发酵研究进展

重组大肠杆菌的高密度发酵是提高基因工程产品产量的一个非常有效的手段,是现代发酵工程研究的一个热点。本文就高密度发酵中影响重组大肠杆菌发酵产率的几个因素,包括宿主菌、培养基、培养条件、补料方法以及高密度发酵过程中存在的问题和对策加以讨论,着重探讨了高密度下大肠杆菌产生的有害代谢副产物———乙酸的产生机制、抑制作用机理,以及控制乙酸积累的技术方法 。     

不同土壤土质代谢产气研究

在塑料瓶中加入不同农田土壤100 g,用气球封住瓶口进行自然发酵。发酵结论是:在土壤有机质缺乏时,土壤微生物代谢产气慢,土壤空气压强保持稳定。在不同农田土壤中添加蔗糖,利用蔗糖的土壤微生物会快速繁殖,代谢产生的二氧化碳显著增加,发酵前期,微生物代谢产气大于耗气,土壤空气为正压,发酵中后期因代谢废物的积累和蔗糖的减少,土壤微生物类别和代谢发生改变,代谢产气少于耗气,土壤空气为负压。这一研究成果进一步拓宽了高中生物学教材土壤微生物的知识内容,同时该实验方案操作简单、取材方便、效果显著,是学生从事探究性学习非常理想的生物学探究性学习资源包。     

工业微生物：创新与突破专刊序言(2021)

工业微生物及其产品广泛用于工业、农业、医药等诸多领域,相关产业在国民经济中具有举足轻重的地位。高效的菌株是提高生产效率的核心,而先进发酵技术和仪器平台对充分开发菌株代谢潜能也很重要。近年来,工业微生物领域的研究取得了快速进展,人工智能、高效基因组编辑技术和合成生物学技术逐渐广泛使用,相关产业应用也在不断扩展。为进一步促进工业微生物在生物制造等领域的应用,《生物工程学报》特组织出版专刊,从微生物菌株的多样性和生理代谢、菌株改造技术、发酵过程优化和放大,高通量微液滴培养装备开发以及工业微生物应用等方面,分别阐述目前的研究进展,并展望未来的发展趋势,为促进工业微生物及生物制造等产业的发展奠定基础。     

酿酒酵母表达系统

酿酒酵母是单细胞真核微生物,人们以酿酒酵母为宿主菌,用载体表达外源基因的过程中,积累了丰富的经验,掌握了酿酒酵母表达的许多优缺点,如它繁殖速度快,可以大规模发酵生产,但在发酵过程中会产生乙醇,而乙醇在培养基中积累会影响酵母的生长代谢和基因产物的表达,尤其是进行高密度发酵时该效应更明显;针对这些缺点,可以采取积极的应对措施.主要就酿酒酵母表达系统的组成、优缺点及高效表达的策略等作一综述.     

乳酸菌对青贮品质及草食家畜健康的影响

青贮饲料是草食家畜最重要的粗饲料之一,调制并生产优质青贮饲料对畜牧业的提质增效具有举足轻重的作用.青贮饲料品质受牧草特性、本底微生物菌群结构和环境条件等因子的影响,而乳酸菌作为青贮核心微生物及一种主要的青贮添加剂,对青贮饲料的发酵品质及营养品质等的提升具有重要作用.同时,乳酸菌等微生物作为草食家畜胃肠道重要的益生菌,不仅能影响草食家畜健康状况和生长性能,还可协助宿主维持其免疫稳态.本文围绕乳酸菌对青贮品质的影响以及其对草食家畜营养代谢、免疫应激等方面的作用机制进行了综述.全面深入地了解乳酸菌这一类重要的微生物在青贮发酵过程中的生物学功能及其对青贮品质、草食家畜生理健康等方面的作用机制,可为高效功能微生物青贮菌剂的研发、青贮品质的提升及草食家畜的生长性能与生理健康水平的提高提供科学依据.     

巴斯德毕赤酵母(P.pastoris)高密度发酵研究进展

高密度发酵已经成为提高毕赤酵母目的蛋白表达量的关键技术之一,而其中发酵工艺又是高密度发酵的一个重要因素。主要从巴斯德毕赤酵母遗传学特性、表达宿主菌、表达载体、外源蛋白的表达方面进行了阐述,并从毕赤酵母工程菌的选择、培养基的优化设计、发酵过程关键参数调控以及甲醇诱导等方面阐述毕赤酵母的高密度发酵。最后,提出了巴斯德毕赤酵母高密度发酵过程中存在的问题并进行展望。     

生理代谢参数RQ在指导发酵过程优化中的应用

过程在线参数检测是进行发酵过程工程优化控制的基础。呼吸熵RQ是微生物胞内微观代谢流在宏观代谢参数上的响应,反映了微生物培养过程中底物的利用情况、产物和副产物的合成情况、及微观代谢途径通量的变化。结合发酵葡萄糖酸、2,3-丁二醇谷氨酸、柠檬酸、头孢菌素C、毕赤酵母α-干扰素产品的工业生产过程,分析了以微生物胞内微观代谢与宏观的生理参数RQ为指导的发酵工艺优化策略。RQ值在发酵过程中可以根据尾气数据进行在线采集,对指导通过宏观代谢参数的调控来最优化微生物胞内的代谢途经通量,提高目的产物的产率具有非常重要的意义。     

传统豆瓣酱微生物群落发酵演替规律及其功能分析

[目的]解析中国传统豆瓣酱发酵过程中的微生物群落演替规律和理化代谢物质变化,探讨不同发酵阶段影响豆瓣酱风味的核心功能微生物.[方法]采用高通量测序解析豆瓣酱发酵过程中的微生物群落结构和演替,并跟踪检测发酵过程中的理化代谢物质,然后分析微生物群落和理化代谢物质变化之间的相关性,最后在体外分离核心微生物并对其功能特性进行验...     

碳源与氮源限制下细菌代谢调节研究进展

营养限制是微生物最常面临的环境胁迫之一。除了在营养物质匮乏的海洋、冰川、沙漠、深层地表等自然环境中,越来越多的人工环境也出现了营养限制的特征,例如各类微污染水体、提标改造的废水生物处理系统等。基质浓度极大地影响着包括细菌在内的许多微生物的生长、代谢及群落结构,最终导致其功能的改变。为了在营养限制条件下维持生存,微生物首先需感知营养供给的减少,其后通过基因、蛋白质、信号分子、代谢产物等对各代谢过程进行全局调控,最后改变基质亲和力、生长速率、运动能力、形态等以适应营养不足。胞内各种信号物质及其触发的响应是微生物应对营养胁迫的关键。本文分别梳理了以细菌为代表的微生物应对碳源、氮源限制时的关键信号物质、受体蛋白/调控过程及响应结果,并分析了碳氮限制响应过程中的相互作用,以期为极端环境微生物的认识、营养限制条件下微生物的应用,尤其是低浓度污染物生物处理、生物监测等领域提供理论基础。