不獨(dú)為生產(chǎn)發(fā)酵乳制品，人類(lèi)60%的食物都與乳酸菌發(fā)酵有關(guān)，乳酸菌在食品工業(yè)、健康醫(yī)療、農(nóng)業(yè)和生態(tài)保護(hù)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，被認(rèn)為是最重要微生物戰(zhàn)略資源之一。

曾經(jīng)長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷的優(yōu)良乳酸菌菌種，經(jīng)過(guò)研究人員30余年的努力，正在逐漸實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，研究人員已建起全球最大的原創(chuàng)性乳酸菌種質(zhì)資源庫(kù)，并依托該種質(zhì)資源庫(kù)開(kāi)展乳酸菌基因組研究和智能篩選工作。

不放過(guò)農(nóng)家灶臺(tái)上的一碗“酸粥”

來(lái)自?xún)?nèi)蒙古和來(lái)自青海的乳酸菌，雖然曾經(jīng)遠(yuǎn)隔千里，如今卻在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)乳品生物技術(shù)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里成為“鄰居”，在它們旁邊，還有從天宮二號(hào)“出差”歸來(lái)的乳酸菌。

這個(gè)保存有47573株乳酸菌菌株的種質(zhì)資源庫(kù)，經(jīng)中國(guó)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)與全球主要菌種保藏中心公布的乳酸菌保藏?cái)?shù)量進(jìn)行分析對(duì)比后認(rèn)定，是目前全球最大、種類(lèi)最全的原創(chuàng)性乳酸菌種質(zhì)資源庫(kù)。

乳酸菌種質(zhì)資源庫(kù)凝結(jié)了內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)乳品生物技術(shù)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任張和平及其團(tuán)隊(duì)34年的努力。

我國(guó)對(duì)乳酸菌的研究起步較晚。在20世紀(jì)八九十年代，我國(guó)對(duì)乳酸菌資源還缺乏收集保護(hù)、種質(zhì)資源庫(kù)建設(shè)滯后、優(yōu)良菌株篩選技術(shù)匱乏，也沒(méi)有自主研發(fā)乳酸菌的技術(shù)與能力。

“當(dāng)時(shí)有關(guān)乳制品發(fā)酵劑的研發(fā)技術(shù)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)以及菌種和產(chǎn)品幾乎都被西方國(guó)家所掌控，我國(guó)的乳品企業(yè)生產(chǎn)基本全部采用國(guó)外的菌種。”1989年，碩士畢業(yè)留校任教的張和平暗下決心，要建立我們國(guó)家自己的乳酸菌種質(zhì)資源庫(kù)，打破西方國(guó)家對(duì)優(yōu)良菌種的壟斷。

2009年，張和平（左一）在甘肅采集乳制品樣本

從那時(shí)起，張和平開(kāi)始尋菌之路。村民家灶臺(tái)上的一碗酸粥、牧民自制的一桶酸奶，都被他帶回實(shí)驗(yàn)室采樣、分離、鑒定。從最初的一個(gè)人干，到帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)一起做，張和平團(tuán)隊(duì)累計(jì)采集自然發(fā)酵乳制品等樣品6202份，從中分離、鑒定和保藏4萬(wàn)余株乳酸菌菌株，建成乳酸菌種質(zhì)資源庫(kù)，并于2022年入選首批國(guó)家農(nóng)業(yè)微生物種質(zhì)資源庫(kù)。張和平說(shuō)：“我們建起自己的種質(zhì)庫(kù)，為乳酸菌研究和深度開(kāi)發(fā)利用提供了戰(zhàn)略性資源。”

破解乳酸菌的基因密碼

“乳酸菌要好好保存，更要好好利用?！睉阎@一信念，張和平帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)于2018年在國(guó)際上率先啟動(dòng)了“乳酸菌萬(wàn)株基因組計(jì)劃”。

他介紹：“乳酸菌系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系復(fù)雜，菌株間功能和代謝差異極大，難以通過(guò)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法系統(tǒng)性地研究和挖掘，這大大限制了乳酸菌的開(kāi)發(fā)與利用效率。如何對(duì)乳酸菌菌株進(jìn)行高效挖掘，成為全球?qū)W界和產(chǎn)業(yè)界的迫切需求?！?/p>

在“乳酸菌萬(wàn)株基因組計(jì)劃”中，研究人員基于已完成的11678株乳酸菌基因組數(shù)據(jù)，結(jié)合公共數(shù)據(jù)庫(kù)中51900個(gè)乳酸菌基因組信息，創(chuàng)建全球首個(gè)集乳酸菌基因組數(shù)據(jù)與功能研究于一體的共享平臺(tái)——iLABdb數(shù)據(jù)庫(kù)。

“數(shù)據(jù)庫(kù)不僅匯集超過(guò)6萬(wàn)個(gè)乳酸菌基因組的序列和元數(shù)據(jù)信息，還提供關(guān)于乳酸菌序列分析、可視化和數(shù)據(jù)共享的工具，為乳酸菌物種注釋、功能解析和深度開(kāi)發(fā)利用提供分析平臺(tái)?！睆埡推秸f(shuō)。

張和平（左一）和團(tuán)隊(duì)成員在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

通過(guò)這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，研究人員可以更準(zhǔn)確地明確乳酸菌菌株的遺傳背景，直觀(guān)地了解乳酸菌基因組中的關(guān)鍵功能區(qū)域，高效地分析乳酸菌的功能特性和潛在應(yīng)用價(jià)值，推動(dòng)乳酸菌在食品、健康和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。

“讓中國(guó)酸奶用上中國(guó)菌種”，是張和平投身乳酸菌行業(yè)研究的初衷。隨著乳酸菌種質(zhì)資源庫(kù)和基因數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，我國(guó)乳酸菌研究進(jìn)一步深入，為核心技術(shù)國(guó)產(chǎn)化奠定基礎(chǔ)。

助力優(yōu)良菌種國(guó)產(chǎn)化

乳酸菌這個(gè)名字出現(xiàn)僅百余年，但對(duì)乳酸菌的應(yīng)用卻有上千年的歷史。5000多年前，古代游牧民族已經(jīng)掌握了用羊奶制作酸奶的技術(shù)。3000多年前的商代人就已經(jīng)開(kāi)始利用其做腌漬菜了。如今，乳酸菌除了可用于食品加工和生物制品的生產(chǎn)，也可作為膳食補(bǔ)充劑和活菌藥物的重要成分，還可以助力污水處理和廢物降解，在眾多領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。

為了尋找可供開(kāi)發(fā)利用的優(yōu)良乳酸菌菌種，張和平團(tuán)隊(duì)基于基因組大數(shù)據(jù)，深入挖掘與益生特性、生產(chǎn)性能相關(guān)的功能基因，創(chuàng)建益生乳酸菌人工智能篩選平臺(tái)iProbiotics。利用深度機(jī)器學(xué)習(xí)的人工智能方法與理論，張和平團(tuán)隊(duì)相繼篩選出具有維持腸道菌群穩(wěn)態(tài)、調(diào)節(jié)代謝和免疫等優(yōu)良特性的乳酸菌104株，優(yōu)良益生菌菌株中的乳酸菌菌種實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。優(yōu)良菌株被蒙牛、新希望、完達(dá)山等23家乳品公司采用，取代了原有的進(jìn)口菌種。

張和平團(tuán)隊(duì)還將科學(xué)研究與產(chǎn)業(yè)鏈上下游對(duì)接，開(kāi)發(fā)了適合于奶牛養(yǎng)殖的乳酸菌制劑和青貯發(fā)酵劑，推升奶牛綠色養(yǎng)殖水平。研究人員對(duì)奶牛規(guī)?；B(yǎng)殖存在的乳腺炎多發(fā)和抗生素濫用等問(wèn)題進(jìn)行深入研究，明確了腸道菌群紊亂是引發(fā)乳腺炎的重要原因之一。依據(jù)奶牛不同生理階段腸道菌群特征，研創(chuàng)了適用于奶牛健康養(yǎng)殖的產(chǎn)品，通過(guò)添加乳酸菌制劑，奶牛的隱性乳腺炎患病率下降45%，產(chǎn)奶量提升4.5%。

“乳酸菌的世界很大、很豐富，我們的研究永遠(yuǎn)在路上?！睆埡推秸f(shuō)，他的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃到2025年完成4萬(wàn)株乳酸菌基因組的測(cè)序，揭示出更多乳酸菌多樣性分布生態(tài)學(xué)規(guī)律，繼續(xù)對(duì)乳酸菌進(jìn)行有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)利用。

半月談?dòng)浾撸何烘河?/編輯：原碧霞