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为解决芽孢杆菌群体异质性限制孢子类益生菌开发问题，研究人员探究 OMs、QSMs 对 B. velezensis 83 孢子形成影响，为优化发酵策略提供依据。
在微生物的奇妙世界里，芽孢杆菌作为一类特殊的细菌，一直备受关注。尤其是那些能与植物共生的芽孢杆菌，比如解淀粉芽孢杆菌（Bacillus velezensis ），它们就像植物的 “守护者”，不仅自身安全无毒，还能为动植物带来诸多健康益处。在农业领域，它们是对抗真菌病原体的 “生物武器”，帮助农作物茁壮成长；在水产养殖等行业，也能作为益生菌维持动物肠道菌群平衡 。
然而，芽孢杆菌在实际应用中却遇到了难题。当人们想要利用它们生产孢子类益生菌时，却发现芽孢杆菌群体存在异质性。在发酵过程中，营养物质会通过一些非目标途径被消耗，其中产生溢流代谢物（Overflow Metabolites，OMs），如乙偶姻和 2,3 - 丁二醇，就是这样一条 “岔路”。这不仅影响了孢子的生产效率，还增加了生产成本，使得芽孢杆菌在与化学农药的市场竞争中处于劣势。为了攻克这些难题，来自墨西哥国立自治大学（Universidad Nacional Autónoma de México）的 Esmeralda Yazmín Soriano-Pe?a、Agustín Luna-Bulbarela 等研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Probiotics and Antimicrobial Proteins》上，为芽孢杆菌的应用开辟了新的道路。
研究人员采用了多种技术方法来开展此项研究。在菌株和接种体制备方面，他们对保存的芽孢杆菌 83 孢子进行活化和多次培养，获得纯净的营养细胞悬液。实验设计上，运用了22和23析因设计，分别探究初始葡萄糖和细胞浓度以及 OMs、脂肽（Lipopeptides，LPs）、感受态和孢子形成刺激因子（Competence and sporulation stimulating factor，CSF）对孢子形成的影响。分析方法上，借助多种检测手段，如显微镜计数、HPLC 等，来测定细胞浓度、孢子数量以及各类代谢物浓度 。
研究结果主要围绕以下几个方面展开：
- 细胞浓度和葡萄糖水平对代谢物合成及孢子形成的影响：通过22析因设计实验，研究人员发现，在细胞生长阶段，OMs 和表面活性素会随着初始底物浓度的增加而积累；在营养限制阶段，芽孢霉素 D 会达到积累高峰，随后孢子开始出现并积累，同时细胞浓度因自溶和 OMs 的利用而下降。而且，较高的初始葡萄糖水平能缩短孢子形成的滞后阶段，减少半孢子形成时间和孢子形成间隔，提高孢子形成效率。例如，Glc0+/X0+条件下的孢子形成效率相比Glc0+/X0?条件提高了 50% 。
- OMs、LPs、CSF 及其相互作用对孢子形成特征的影响：利用23析因设计实验，研究发现 OMs、CSF 和 LPs 都对孢子形成效率有显著的个体影响，且 OMs 和 CSF、OMs 和 LPs 之间存在显著的相互作用。LPs 对孢子形成效率有负面影响，但能促进细胞同步化；CSF 则对孢子形成效率和细胞同步化都有积极影响；OMs 虽能提高孢子形成效率，但会导致细胞同步化程度降低，延长半孢子形成时间和孢子形成间隔 。
在研究结论与讨论部分，该研究成果具有多方面重要意义。从生物过程开发角度看，明确了 B. velezensis 83 生长阶段产生的代谢物对孢子形成动力学和亚群分布的影响，为优化野生型芽孢杆菌孢子生产的生物过程提供了理论依据，有助于提高益生菌工业生产中孢子的产量和质量。对于孢子形成过程的理解，揭示了营养限制触发孢子形成，但孢子形成又需要大量能量的矛盾现象，以及 OMs、细胞自溶等在其中的重要作用。在实际应用方面，为合理设计发酵策略提供了方向，比如通过调控 OMs 和 QSMs 水平来优化孢子生产，同时也为解决芽孢杆菌在益生菌应用中的难题提供了新的思路 。
