近期，我校生物工程学院许正宏教授团队针对非优势微生物在传统酿造谷物醋中的作用研究取得重要进展，研究成果“Komagataeibacter europaeus improves community stability and function in solid-state cereal vinegar fermentation cosystem: non-abundant species plays important role”正式发表于《Food Research International》 (IF=6.475) (https://doi.org/10.1016/j.foodres.2021.110815)，“Distinct co-occurrence patterns and driving forces of abundant and rare bacterial communities in the multispecies solid-state fermentation process of cereal vinegar”正式发表于《Systems Microbiology and Biomanufacturing》(https://doi.org/10.1007/s43393-021-00064-6)。
“一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可以在两周以后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风”，这便是经典的“蝴蝶效应”，用以说明初始条件十分微小的变化经过不断放大，对其未来状态会造成极其巨大的影响。中国传统谷物醋通常在开放环境下酿造而成，其发酵过程中涉及多种微生物的参与，形成了复杂的多物种微生态系统，包括高丰度的乳酸杆菌和醋酸杆菌等优势种群（总序列相对丰度≥1%）以及种类繁多的稀有种群。目前科研人员已通过大量工作解析了优势种群的结构及其在谷物醋酿造中的功能，但对非优势种群在酿醋过程中的作用尚缺乏研究。那么，在谷物醋酿造群落中如繁星点点的非优势微生物是否会发挥“蝴蝶效应”而影响整个微生态系统的结构与功能呢？
许正宏教授团队与江苏恒顺集团长期合作，致力于镇江香醋酿造微生态研究，采用现代生物技术解析传统酿醋工艺机理，挖掘酿醋微生物的功能并加以理性工业应用。本研究以镇江香醋为研究对象，1）采用高通量测序技术和统计生态学的方法，比较分析了固态醋酸发酵过程中优势和稀有细菌微生物亚群落的结构与演替规律，在醋酸发酵过程中，优势种群以乳杆菌属Lactobacillus和醋杆菌属Acetobacter为主（相对丰度>75%），稀有种群包括驹形杆菌属Komagataribacter、欧文氏菌属Erwinia、甲基杆菌属Methylobacterium等，NMDS和Bray-Curtis相异度分析结果表明，与优势种群相比，稀有种群不同发酵阶段结构差异更显著；2）解析了影响两类亚群落演替的主要环境驱动因素，发现不同优势种群在发酵过程中的演替驱动力不同，且相较于优势种群，稀有种群可能受到更多环境因子的影响；3）通过共现性网络分析揭示了优势和稀有种群间的互作关系，优势种群与稀有种群微生物之间的相互作用比它们各自内部之间的相互作用更多，基于模块内连接和模块间连接的相关算法确定了包括非优势种群驹形杆菌在内的七个关键物种，其中驹形杆菌属的OTU97与其它物种的连接最多（相互作用较强）；4）进一步经分离培养得到其代表菌株欧洲驹形杆菌Komagataeibacter europaeus JNP1，通过原位强化实验研究了非优势种对酿造生态系统的影响，发现JNP1的强化可加速乙酸的生成和还原糖的消耗，有助于提高原料利用率，改善食醋品质。
研究思路与主要结果
本研究聚焦传统酿造食醋复杂微生物群落中的低丰度非优势种群，系统解析了稀有微生物在发酵过程中保障群落结构稳定和代谢功能的关键作用，加深了对我国传统食品多菌种协同产香发酵工艺所蕴含的科学道理的认知，为基于微生物群落调控的生产工艺优化和产品品质提升提供了一个崭新的视角。
许正宏教授为论文通讯作者，我校17级博士生彭铭烨为第一作者。上述研究工作得到了国家自然科学基金(31771967)、国家重点研发计划项目(2018YFC1603800和2018YFC1603802)的资助。
