打造益生菌 “耐熱猛將"！基于脈沖梯度脅迫的耐高溫植物乳桿菌馴化

一、背景介紹

現代生物技術與工業(yè)發(fā)酵中，微生物常遭遇高底物濃度、溫度等環(huán)境脅迫，抑制菌株生長及產物合成，制約生產效率。傳統理性設計受限于微生物代謝網絡復雜性與脅迫響應的多基因調控特性，難以突破耐受性提升瓶頸。

微生物適應性進化可有效破解這一難題：例如，韓國Sang Yup Lee團隊將大腸桿菌XQ52在逐步升濃的腐胺培養(yǎng)基中連續(xù)傳代100天，獲得高腐胺耐受菌株AXQ52，其耐受性提升源于細胞膜魯棒性重塑（Yoo-Sung Ko等，Metabolic engineering of Escherichia coli for the high-level production of putrescine，DOI: https://doi.org/10.1016/j.ymben.2026.01.006）。這印證了該策略在挖掘復雜性狀調控機制、獲得工業(yè)菌株中的價值。

植物乳桿菌是革蘭氏陽性兼性厭氧短桿菌，無內生孢子，廣泛應用于食品發(fā)酵、益生菌制劑等領域。工業(yè)中其易受高溫影響導致活性下降，制約發(fā)酵效率與產品穩(wěn)定性，因此開展其耐高溫馴化至關重要。

本研究利用全自動微生物適應性進化儀，通過“壓力-恢復"交替升溫的脈沖梯度脅迫壓力控制方式連續(xù)傳代馴化，篩選耐高溫植物乳桿菌，為相關工業(yè)場景提供優(yōu)良生產菌種。

二、EVOL cell溫度脈沖梯度適應性進化實驗操作

設備完成開機自檢后，將活化至對數生長期的植物乳桿菌接種至EVOL cell耗材瓶中，安裝設備耗材，設置溫度參數，開始運行實驗。定期觀察設備運行情況，并且及時取樣進行菌株性能驗證及優(yōu)良菌株保藏。

參數設置：

溫度梯度（℃）：37-46℃“壓力-恢復"交替循環(huán)脈沖梯度；

接種量：2%；

檢測周期：120min；

傳代時間：12~24h，根據生長情況適當調整。

三、EVOL cell運行實驗結果

以37℃為初始生長溫度，根據菌液OD長勢，脈沖梯度逐級調整馴化溫度，全自動連續(xù)傳代146次，持續(xù)運行超100天，獲得在44.5℃溫度生長條件下具有穩(wěn)定的生長性能的植物乳桿菌。

圖1 植物乳桿菌脈沖梯度耐高溫馴化生長曲線

圖2 馴化菌株44.5℃高溫驗證（左：初始菌株，右：44.5℃馴化菌株）及OD???值對比圖

對馴化后的植物乳桿菌菌株進行耐熱性驗證，結果顯示：馴化菌株在44.5℃環(huán)境下培養(yǎng)48h后OD???值升高至3.22，96h后OD???值為3.06，而初始菌株在該溫度下未觀測到生長。

四、天木生物EVOL cell儀器為微生物適應性進化提供高效的自動化解決方案

本實驗以植物乳桿菌為研究對象，利用EVOL cell脈沖梯度脅迫壓力控制功能，開展耐高溫性能適應性進化研究，旨在提升菌株在高溫生長脅迫下的生長能力。經146代連續(xù)自動傳代進化，成功獲得可在44.5℃穩(wěn)定生長的植物乳桿菌菌株；該馴化菌株在44.5℃培養(yǎng)48h后OD₆₀₀值達3.22，96h為3.06，初始菌株則無生長跡象。實驗全程實現無人值守，由儀器自動化完成操作，大幅降低人工工作量、提升實驗效率，為微生物育種提供了高效解決方案。

EVOL cell可實現環(huán)境氧分壓調控、溫度控制、化學因子梯度添加等多種適應性進化策略，能靈活調整壓力條件，開展單因素或多因素實驗；儀器操作簡便，可自動傳代、自動稀釋并添加化學因子，還能實時監(jiān)測多維度數據、支持實時取樣檢測，培養(yǎng)性能優(yōu)異，讓微生物培養(yǎng)與適應性進化工作更高效省力。