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顶级综述聚焦发酵食品中的微生物组组装,总结了“扩散-选择-多样化-漂移”框架和群落丰度及多样性的重要作用

发稿时间:2023-10-08来源:新澳门京葡

发酵食品和饮料主要依靠微生物群落的生长来产生不同的风味和口感,提供了更长的保质期和更丰富的营养。几个世纪以来,各种类型微生物已用于数百种不同发酵食品和饮料的生产。人们已经对发酵食品中的微生物多样性有了较为深刻的了解,但目前对于发酵过程中微生物组如何组装的机制仍然缺乏认识。

近期,发表在顶级综述杂志《Annual Review of Microbiology》的文章,从生态学和进化学角度强调了发酵食品微生物组组装的重要性,并提出了一些未来研究和应用的方向。通过了解扩散、选择、多样化和漂移如何产生发酵食物群落的多样性,为管理发酵食品微生物群落提供新的方法。该文也提到了微生物群落丰度及多样性在研究如何塑造发酵食品微生物组的特征及组装过程中的重要作用。

英文题目:Microbiome Assembly in Fermented Foods

中文题目:发酵食品中的微生物组组装

发表时间:2023-9-15

影响因子:10.5 (一区Top)

1. 引言

2. 三种发酵食品作为微生物组组装案例研究

3. 发酵食品中的微生物扩散

4. 发酵食品微生物组中的非生物选择

5. 发酵食品微生物组中的生物选择

6. 发酵食品中微生物种类和群落的多样化

7. 发酵食品中的生态漂移

8. 结论

文章通过三种不同类型的发酵食品(发酵蔬菜、奶酪和酸面团发酵剂)作为案例研究,强调了微生物组成的多样性和复杂性。这些案例研究表明,不同类型的食品发酵过程会涉及不同的微生物群落,这些微生物群落在发酵过程中起到关键作用。因此,微生物的群落组成和多样性对于每种食品类型的特性和质量都至关重要。
文中提到微生物在发酵食品中的扩散过程受到来源限制和扩散限制的影响。来源限制意味着微生物群落的起源(物种库)中可能存在丰度低的微生物,这会影响它们向发酵食品环境的扩散。这一观点突出了不同微生物在不同环境中的丰度差异,这可能是由于来源限制造成的。因此,微生物的群落丰度和多样性在食品发酵的初期扩散过程中是很关键的。
另外,微生物之间的相互作用在食品发酵中具有重要作用,可以影响微生物的群落组成和多样性。文章中提到了微生物之间的直接和间接相互作用,这些相互作用可以影响微生物的生长和代谢活动。微生物之间的协作和竞争关系也会影响它们的丰度和多样性。

图1、扩散、选择、多样化和漂移塑造了包括发酵食品微生物组在内的生态群落多样性。不同颜色的圆形代表不同微生物种类的细胞。在扩散过程中,微生物细胞从更广泛的物种库到达发酵食品基质上。在选择中,非生物环境(营养物质和压力源,由红色六边形表示)和生物环境(微生物相互作用,用加号和减号的线表示)结合起来影响单个微生物细胞的适应性,随后影响种群的增加或减少。在多样化中,新的遗传和/或表型谱系来自当地群落(从黄色椭圆形细胞的初始基因型中出现橙红色椭圆形细胞)。漂移导致微生物群落内物种丰度的随机变化,并解释为什么一些稀有微生物在发酵中

图2、发酵食品微生物组中的扩散过程。不同颜色的圆形代表不同微生物种类的细胞。(a)来源(顶部)和扩散(底部)的限制都可以解释发酵食品微生物组中微生物的丰度。在来源限制中,物种库中的繁殖体丰度低,导致向发酵食品环境的扩散有限。在扩散限制中,扩散因素(人类、风、动物等)不能将物种的繁殖体从物种库转移到发酵食品基质上。(b) 可作为发酵食品微生物组来源的不同物种库及其对奶酪、酸面团和发酵蔬菜微生物组组装的相对贡献。(原文图3)


通过了解微生物组组装的机制,人们可以开发新的发酵食品工艺。例如,如果我们想在传统发酵中添加新的微生物物种以改变它们的风味和口感,我们需要了解在这种发酵中运行的生态和进化限制有哪些。哪些非生物选择压力会促进或抑制新物种的建立?我们是否有办法促进现有菌株的多样化,以促进新物种的加入等等。可见,弄清微生物组组装过程对发酵食品的生产意义重大。

值得一提的是,前人在以往多篇Nature及子刊文章均已指出,在研究微生物组装等变化过程时,对微生物的“绝对定量”而不是“相对定量”检测至关重要,采用“绝对定量”数据更加真实准确,更具可信性(文章链接:多篇Nature强烈建议:微生物真实差异、疾病标记物、核心菌群筛选、模型预测、动态变化、菌群互作网络、群落组装要用“绝对定量”)。

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