雪莲菌发酵乳中S层蛋白介导的高加索乳杆菌与酿酒酵母菌识别共生机制
批准号:
32101911
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
高洁
依托单位:
学科分类:
食品微生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
高洁
中文摘要
雪莲菌发酵乳是我国牧区传统饮品,具有良好的风味和益生功能,其工业化生产将有助于改善国内市场发酵乳品种单一,发酵剂依赖进口的现状。揭示乳酸菌与酵母菌的共生机制是构建雪莲菌发酵剂、实现工业化的必要前提。前期发现S层蛋白(SLP)是介导乳酸菌与酵母菌识别的关键物质,但具体作用机制尚不明晰。本项目以雪莲菌为研究对象,以SLP为切入点,对分离得到的产SLP高加索乳杆菌进行全基因组测序,注释解析SLP编码基因并预测功能结构域;利用分子模拟及重组蛋白验证相结合的方法,明确SLP的识别位点,揭示SLP识别酵母细胞的分子对接机制;在此基础上,针对人工构建发酵剂菌相聚集后无法稳定增长的问题,利用免疫原理、点突变技术及多组学技术进行菌相间的共生应答分析,发现应答通路及应答因子,阐明乳酸菌与酵母菌的共生机制。项目成果将为构建雪莲菌发酵剂并形成自主知识产权提供理论依据,为实现雪莲菌发酵乳的可控发酵和工业化奠定基础。
英文摘要
Tibet kefir is a kind of traditional yoghurt in pastoral area of China, which is of delightful flavor and various beneficial activities. Industrialization of Tibet kefir will be very helpful in the diversified development of fermented milk products in domestic market. Moreover, current situation of imported dairy starter will be improved. In order to make it industrialized, it is indispensable to uncover the mechanism of identification and symbiosis between lactic acid bacteria and yeast. Previous studies have proved that Surface layer proteins (SLP) are key factors for identification and aggregation of lactic acid bacteria and yeast, but the mechanism remains unclear. In this project, whole genome sequencing will be applied to Lactobacillus kefiri, which has been isolated form Tibet kefir, to analyze the encoding genes and predict the functional domains of SLP. Molecular modeling combined with protein recombination will be used to find out the identification site and the mechanism of molecular docking between SLP and yeast cell. On this basis, immunity principles, point mutation and multi-omics will be used for symbiotic response analysis to find out response pathways and factors. Then, the symbiotic mechanism will be clarified. The results of this project will provide a theoretical basis for the construction of Tibet kefir starter with independent intellectual property rights, and lay the foundation for controllable fermentation and industrialization of Tibet kefir.
雪莲菌发酵乳是我国牧区传统饮品,具有良好的风味和益生功能,其工业化生产将有助于改善国内市场发酵乳品种单一,发酵剂依赖进口的现状。揭示乳酸菌与酵母菌的共生机制是构建雪莲菌发酵剂、实现工业化的必要前提。前期发现S层蛋白(SLP)是介导乳酸菌与酵母菌识别的关键物质,但具体作用机制尚不明晰。项目以雪莲菌为研究对象,以SLP为切入点,对分离得到的产SLP开菲尔乳杆菌HBA20进行全基因组测序,注释解析SLP编码基因并预测功能结构域,利用氯化锂提取SLP并纯化,使用圆二色谱、红外光谱、差示扫描量热法对SLP进行结构解析,结果表明SLP具有较为稳定的二级结构和124.9℃的热转变温度,对SLP进行同源建模及其与酿酒酵母表面甘露聚糖的分子对接模拟,结果显示SLP能够自发地与酿酒酵母表面的甘露聚糖进行黏附,主要的结合作用力为氢键和疏水相互作用;通过多光谱、形貌观察和计算机模拟分析研究了SLP与甘露聚糖的静态和动态相互作用机制,结果显示SLP与甘露聚糖形成复合物的方式进行自发结合,且复合物的粒径随甘露聚糖浓度的增加而增大。利用分子模拟及重组蛋白验证相结合的方法,明确SLP的识别位点,结果显示SLP的N端结构域与自身结合,C端结构域与酿酒酵母表面甘露聚糖结合,揭示SLP识别酵母细胞的分子对接机制;通过多组学技术进行菌相间的共生应答分析,发现S层蛋白与甘露聚糖的黏附促进了开菲尔乳杆菌HBA20和酿酒酵母Y8物质的运输,阐明乳酸菌与酵母菌的共生机制。揭示了人工构建雪莲菌粒过程中,菌相聚集后进一步稳定共生的机理,为开发具有自主知识产权的乳品发酵剂提供理论依据,为传统发酵食品实现可控发酵奠定了前期基础。
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