褪黑素与酵母蛋白的 “神秘互动”：解锁碳代谢调控新密码

为探究褪黑素（Melatonin）与酵母蛋白的相互作用，研究人员分析多菌种发酵和呼吸过程，发现其依赖发酵代谢，或影响糖代谢。

　　在葡萄酒酿造的微观世界里，酵母就像一群忙碌的 “小工匠”，它们在发酵过程中不仅酿造出美味的葡萄酒，还会合成各种有趣的物质。褪黑素（Melatonin），这个在人体中有着重要作用的生物活性化合物，在酵母的世界里也引起了科学家们的浓厚兴趣。以往的研究虽然发现酵母在酒精发酵过程中会合成褪黑素，但褪黑素在酵母细胞内的具体情况，以及它与酵母蛋白之间的关系，还充满了未知。尤其是，这种相互作用是否与酵母独特的碳代谢方式有关，更是一个亟待解开的谜团。

为了揭开这些谜底，来自西班牙罗维拉 - 威尔吉利大学（Universitat Rovira i Virgili）生物技术与酿酒学系的研究人员开展了一项深入研究。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为我们理解酵母发酵过程提供了新的视角。

研究人员运用了多种关键技术方法来开展此项研究。在菌株培养方面，选取了多种酿酒酵母（S. cerevisiae）和非酿酒酵母（non - Saccharomyces yeasts）菌株，在不同的培养基中培养以模拟酒精发酵和呼吸条件。在检测分析上，利用液相色谱 - 质谱联用（LC - MS/MS）技术精确测量细胞内褪黑素浓度；采用免疫纯化结合蛋白质凝胶电泳的方法，来分析褪黑素与蛋白质的结合情况。

下面来看看具体的研究结果：

1. 酒精发酵过程中细胞内褪黑素的合成：研究人员让多种葡萄酒酵母在合成葡萄汁培养基中生长，以分析其细胞内褪黑素合成情况。根据发酵性能，这些酵母被分为三组：发酵能力强的、中等的和较弱的。结果发现，并非所有酵母菌株都表现出活跃的发酵代谢。在褪黑素合成方面，多数酵母的细胞内褪黑素在延迟期达到合成高峰，在指数期和稳定期则很少或检测不到。不过，不同酵母合成褪黑素的浓度差异较大，如汉逊酵母（H. vineae）在延迟期产生的褪黑素量最高，而酿酒酵母（S. cerevisiae）CLOS 菌株在指数期检测到了褪黑素（但不可定量）。
2. 酒精发酵过程中褪黑素与蛋白质的结合情况：研究人员收集发酵过程中不同生长阶段的样本，分析褪黑素与蛋白质的结合。结果显示，只有发酵能力强（+++）和中等（++）的酵母，如酿酒酵母、德尔布有孢圆酵母（T. delbrueckii）等，才会出现褪黑素与蛋白质的结合现象。并且，这种结合主要发生在指数期，此时细胞内游离的褪黑素几乎检测不到，二者呈现出明显的反向关系。而发酵能力较弱的酵母，如美丽梅奇酵母（M. pulcherrima）等，即便能产生细胞内褪黑素，却没有观察到其与蛋白质的结合。
3. 褪黑素与蛋白质的相互作用和酵母生长曲线的关系：为验证褪黑素与蛋白质的结合是否与酵母生长曲线相关，研究人员选用了两种发酵能力强的酿酒酵母菌株，在低温（16°C）下进行酒精发酵。结果发现，低温延长了酵母的延迟期，发酵过程也变长。同时，蛋白质与褪黑素的结合时间也延迟了，且不同菌株之间存在差异，但总体表明这种结合与指数增长期密切相关。
4. 细胞呼吸过程中细胞内褪黑素的合成和蛋白质结合：研究人员让部分酵母在非发酵性碳源甘油中生长，模拟呼吸条件。结果发现，只有酿酒酵母 CLOS 和耐热乳酸克鲁维酵母（L. thermotolerans）LAKTIA 能检测到细胞内褪黑素的合成，且所有测试菌株在呼吸条件下都未观察到褪黑素与蛋白质的结合，这进一步暗示了褪黑素在酒精发酵过程中可能具有特殊的调节作用。
5. 碳代谢转换过程中褪黑素与蛋白质的相互作用：研究人员选取了三种酵母，先让它们在呼吸培养基中生长，然后添加葡萄糖使代谢转换为发酵。结果发现，呼吸阶段没有褪黑素与蛋白质的结合，而添加葡萄糖转换为发酵后，出现了相关蛋白条带，表明褪黑素可能在调节葡萄糖代谢中发挥作用，不过不同酵母菌株在结合时间上存在差异。

综合研究结果，研究人员得出结论：褪黑素在发酵代谢过程中会与蛋白质结合，而在细胞呼吸过程中则不会。这种结合发生在酵母生长的指数期，并且只出现在发酵能力强的酵母菌株中。这表明褪黑素在酒精发酵过程中，尤其是在糖代谢方面，可能扮演着重要的角色。不过，目前对于褪黑素作为信号分子在酒精发酵中的具体功能，以及它调节酵母葡萄糖代谢的详细机制，还需要进一步深入研究。这项研究为后续探索酵母发酵的奥秘，以及更好地理解生物体内碳代谢的调控机制，奠定了坚实的基础。