低温胁迫通过膜脂重塑和差异蛋白表达增强鼠李糖乳杆菌B6的冷冻耐受性

推荐：为解决乳酸菌(LAB)在冷冻加工中存活率低的问题，研究人员以鼠李糖乳杆菌(Lacticaseibacillus rhamnosus)B6和KF7为模型，发现4°C冷应激通过上调不饱和脂肪酸(UFA/SFA从1.36增至1.62)和219种关键蛋白(如脂肪酸合成酶ACCase上调3.4倍)，使B6冷冻存活率提升至53%。该研究为益生菌高活性冻干制剂开发提供了新策略。

　　

在食品工业和益生菌制剂领域，乳酸菌(LAB)的冷冻存活率一直是制约其应用效果的瓶颈。传统冷冻干燥过程会导致细胞膜损伤和冰晶形成，而现有研究多集中于植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)等模式菌株，对具有重要工业价值的鼠李糖乳杆菌(L. rhamnosus)的低温适应机制知之甚少。更值得注意的是，同一菌种不同菌株间可能存在显著表型差异——例如来自保加利亚酸奶的L. rhamnosus B6能形成特殊荚膜结构，而云南开菲尔粒分离的KF7则无此特征，这种差异是否影响其冷冻耐受性尚待阐明。

针对这一科学问题，光明乳业股份有限公司乳业生物技术国家重点实验室的研究团队在《Current Research in Microbial Sciences》发表最新成果。他们通过比较冷应激(4°C)处理前后两株菌的生理响应，发现B6展现出显著的冷冻生存优势(存活率53% vs KF7的30%)，并首次揭示其双重保护机制：动态膜脂重组和协同蛋白表达调控。

研究采用多组学联用技术：通过GC-MS分析膜脂脂肪酸组成，发现冷应激使B6的UFA/SFA比值显著提高；利用LC-MS/MS鉴定出325个差异表达蛋白(219个上调)，涉及脂肪酸合成、DNA修复等通路；结合流式细胞术双染(cFDA/PI)和扫描电镜(SEM)定量评估细胞完整性；同时通过透射电镜(TEM)首次观察到B6特有的荚膜结构可能发挥物理保护作用。

3.1 生长特性与冷冻存活率

两菌株在MRS培养基中生长曲线相似，但B6在液氮冷冻后存活率显著高于KF7(44% vs 10%)。冷预处理使B6存活率进一步提升至53%，流式细胞术显示其活细胞比例从40.34%增至51.40%。

3.4 细胞结构保护机制

SEM显示冷应激B6细胞形态完整，而KF7出现69.35%的结构损伤。TEM首次揭示B6具有厚达200nm的荚膜层，研究者推测其EPS(胞外多糖)可能通过抑制冰晶重结晶发挥保护作用。

3.5 膜脂动态重塑

GC-MS分析表明冷应激使B6膜脂中C18:1含量增加25.5%(p<0.05)，UFA/SFA比值从1.36升至1.62。关键调控蛋白LysR转录因子(上调5.68倍)可能通过激活乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)促进UFA合成。

3.6 蛋白质组学特征

翻译起始因子IF-2(infB)和RecQ解旋酶(上调11.73倍)维持低温下DNA复制效率；ABC转运体(F8M46_13675)和双组分系统(TCS)相关蛋白协同调节渗透压平衡；色氨酸合成酶(trpA)表达量激增178倍，可能通过强化细胞壁合成增强抗逆性。

这项研究不仅阐明L. rhamnosus B6通过"膜脂流动性调节-分子伴侣协同"的双轨机制适应低温环境，更首次将荚膜结构特征与冷冻耐受性相关联。从应用角度看，该发现为优化益生菌冻干工艺提供了明确指导：筛选具有特定表面特性(如荚膜)的菌株，并结合冷应激预处理(4°C/2h)，可显著提升工业化生产中的细胞存活率。未来研究可通过构建EPS合成缺陷株，进一步验证荚膜在冷冻保护中的具体作用机制。