采用基于组学的方法促进微生物共群的构建，以生成具有可复制且理想特性的发酵食品

发酵食品的未来为何重要

酸奶、酸面包、泡菜、康普茶、奶酪以及许多其他受欢迎的食品，其风味和健康益处都来源于微小的活性微生物群落。然而传统发酵往往难以预测：一周可能美味可口，下一批又令人失望。本文阐述了新一代生物“大数据”工具如何被用来设计精心平衡的微生物团队，从而提供口味、安全性和营养价值稳定的发酵食品——这将开启更可靠、可定制并可能更有益健康的日常食品的大门。

从野生发酵到训练有素的微生物团队

几个世纪以来，人们依赖附着在谷物、乳制品、蔬菜或设备上的天然微生物来完成发酵。自发发酵和返种（使用上一批的少量菌液）等方法虽能奏效，但依赖未定义且不断变化的细菌和酵母群落。这种变动可能导致异味、质量不稳定和偶发的安全问题。为驯服这种不可预测性，科学家提出了“定义性微生物共群”的概念：有意组配的已知菌株混合物，旨在完成特定任务，例如产生特定的酸度、香气或有益健康的化合物。挑战在于确定应选择哪些微生物以及如何组合它们，使其协同工作而非随机表现。

用生物学大数据绘制食品微生物组图谱

综述描述了一系列强有力技术（统称为“组学”）如何正在改变我们对发酵食品的理解。宏基因组学读取样品中所有的DNA，揭示存在哪些微生物以及它们理论上可能具有什么功能。宏转录组学查看RNA以了解在发酵过程中哪些基因被激活。宏蛋白组学调查微生物实际产生的蛋白质，而代谢组学追踪决定风味与营养的小分子——酸、香气、维生素和其它终产物。最后，培养组学采用多种培养条件来分离并培养这些数据提示的单个菌株。通过整合这些层次，研究者可以从单纯列举物种迈向建立一个关于谁在何时以及与谁协作完成何种功能的机械性图景。

区分核心参与者与风味专才

文章的一个关键观点是，精心设计的发酵微生物群体由两部分组成。 “核心微生物组”是一组最小化的微生物，它们可靠地驱动主要转化：在酸奶或泡菜中将糖转化为乳酸、在面包和啤酒中产生酒精和气泡、在醋中产生乙酸，或在传统大豆或鱼类发酵中分解蛋白质。这些核心成员通常包括乳酸菌、产醋菌、某些酵母和芽孢杆菌属。在其周围是“补充微生物组”：一些并非完成发酵所必需但能微调最终结果的菌株。它们可能增强果香或花香、调整不同酸之间的平衡以缓和尖锐感、加快过程、提高维生素或生物活性化合物的含量，或在变化的条件下稳定群落。

构建更好发酵品的循序渐进循环

为了实际工程化这些共群，作者提出了一个迭代的“组装—评估—重设计”循环。首先，来自多组学层的数据用于选择一个草案性的核心和补充微生物集合，这些微生物在代谢和相互作用上看起来互补。其次，在受控发酵中测试这些群落，研究者监测它们酸化或消耗糖的速度、产生了哪些风味和香气化合物、群落的稳定性如何，以及最终产品的口感和保质性。第三，通过调整菌株比例、去除相互竞争或引起异味的菌株，或加入能填补缺失功能的新菌株来优化群落。微流控系统和机器学习模型等先进工具可以加速这一循环，帮助在开展大规模实验前预测哪些组合最有可能成功。

在传统、监管与创新之间取得平衡

尽管这种精准设计发酵食品的愿景很有吸引力，文章指出现实世界的应用将面临实际和监管方面的障碍。许多标志性食品受制于要求采用传统方法和本地微生物的规章，这限制了定制起始菌种的使用。当前，多组学工具或许最适合用于深入表征现有发酵过程、保持其一致性并对产品进行认证，而不是取代其本土微生物。然而，随着时间推移，组学、慎重的群落设计和数据驱动的优化整合，应该能推动新一代发酵食品的发展——在保留文化特色的同时提供更可靠的质量、可定制的风味和有针对性的健康益处。

引用: Zhang, E., Claesson, M.J. & Cotter, P.D. Adopting omics-based approaches to facilitate the establishment of microbial consortia to generate reproducible fermented foods with desirable properties. npj Sci Food 10, 90 (2026). https://doi.org/10.1038/s41538-026-00740-8

关键词: 发酵食品, 微生物组, 多组学, 起始菌种, 食品发酵