全球人口的快速增長加劇了貧困和饑餓等全球性問題。食物中的蛋白質(zhì)作為人類營養(yǎng)的主要貢獻(xiàn)者，其供應(yīng)量不足已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。然而，傳統(tǒng)動物蛋白的生產(chǎn)帶來了一系列不良影響，如高溫室氣體排放、低土地利用率、以及紅肉產(chǎn)品帶來的健康隱患等，這些問題促使生產(chǎn)者去探索和開發(fā)傳統(tǒng)動物蛋白的替代品，即通過真菌固態(tài)發(fā)酵(solid-state fermentation，SSF)生產(chǎn)菌類蛋白，為新型蛋白質(zhì)提供一個潛在的解決方案。與液態(tài)發(fā)酵相比，固態(tài)發(fā)酵具有諸多優(yōu)勢，例如生產(chǎn)過程簡單、易于操作、成本低、染菌風(fēng)險低等。隨著固態(tài)發(fā)酵的發(fā)展，該技術(shù)已被提出可用于生產(chǎn)具有更高營養(yǎng)和功能價值的真菌蛋白質(zhì)生物質(zhì)。本報告結(jié)合近年的研究成果,展示了真菌固態(tài)發(fā)酵的研究熱點和發(fā)展趨勢，并對不同情況下的發(fā)酵條件進(jìn)行了比較。同時，進(jìn)一步討論了作物及其副產(chǎn)品的蛋白質(zhì)特征，以及真菌固態(tài)發(fā)酵對蛋白質(zhì)含量、氨基酸組成、生物可及性等方面的影響。最后總結(jié)了該流程的技術(shù)可行性和存在的局限性。隨著這項技術(shù)的發(fā)展，不但減輕了食品工業(yè)對環(huán)境的影響，還加速了食品工業(yè)與耕地的脫鉤，并使高附加值作物的生產(chǎn)成為可能。總體而言，利用固態(tài)發(fā)酵技術(shù)對作物和其副產(chǎn)品進(jìn)行真菌蛋白生物質(zhì)的生產(chǎn)，是食品行業(yè)一個具有吸引力且前景廣闊的新興領(lǐng)域。

飲食對腸道菌群具有重要作用，特定食物、飲食模式以及不同類型營養(yǎng)素等對腸道菌群都有影響。通過調(diào)整飲食結(jié)構(gòu)可以調(diào)控腸道菌群，進(jìn)而促進(jìn)人體健康和預(yù)防疾病。深入研究食品、腸道菌群和人體健康之間的關(guān)系，有望為某些疾病的營養(yǎng)干預(yù)和健康管理提供科學(xué)依據(jù)和指導(dǎo)。腸道菌群與疾病之間的關(guān)聯(lián)已被廣泛研究，包括結(jié)直腸癌，炎癥性腸病，肥胖，糖尿病，非酒精性脂肪肝，帕金森病，阿爾茲海默癥等。腸道菌群可以通過消化、免疫和代謝等多個途徑直接或間接影響人體健康。我們發(fā)現(xiàn)腸道菌群與小鼠酒精成癮存在關(guān)聯(lián)性，酒精成癮的腸道菌群對精神狀態(tài)存在消極影響。此外，還發(fā)現(xiàn)飲酒組和健康組的噬菌體及其宿主菌也存在顯著差異。在單增李斯特菌感染實驗中，我們發(fā)現(xiàn)健康小鼠腸道菌群能夠抑制單增李斯特菌生長和菌膜形成并消除已經(jīng)形成的菌膜，并從健康小鼠腸道菌群中篩選出能夠治療單增李斯特菌感染小鼠的功能單菌。在未來，數(shù)據(jù)整合與大數(shù)據(jù)挖掘?qū)⒊蔀槲⑸锝M發(fā)展的新方向，實現(xiàn)利用人工智能發(fā)掘腸道菌群大數(shù)據(jù)特征，挖掘重要功能基因，解析菌群動態(tài)變化模式，以及基于腸道菌群大數(shù)據(jù)預(yù)測宿主表型。腸道菌群將作為生物標(biāo)志物用于臨床診斷、疾病預(yù)測具備可行性和發(fā)展前景，同時也可作為潛在的早期預(yù)防靶點。

近年來，我國在生命與健康相關(guān)領(lǐng)域的研究深受關(guān)注，特別是惡性腫瘤、感染和炎癥等疾病。病灶部位通常是具有特殊生理信號的微環(huán)境，且具有一定的自我保護(hù)能力，導(dǎo)致傳統(tǒng)治療方法與藥物療效差、利用率低、毒副作用大，并引起多重耐藥性及其他并發(fā)癥等難題，基于生物信號響應(yīng)型生物材料功能顆粒的活性物質(zhì)靶向遞送與控緩釋策略是解決上述難題的有效方法和途徑。課題組針對多種重大疾病治療領(lǐng)域的“卡脖子”問題，基于多功能生物醫(yī)用材料體系開發(fā)與工程相關(guān)技術(shù)，針對體內(nèi)pH、酶及氧化還原微環(huán)境變化，研發(fā)了多種活性物質(zhì)靶向遞送系統(tǒng)與生物醫(yī)用體系，特別是口服制劑與注射制劑等，為生物醫(yī)藥創(chuàng)制與健康技術(shù)與產(chǎn)品領(lǐng)域相關(guān)關(guān)鍵難題的解決提供了新平臺、新技術(shù)與新策略。

報告簡介：

芽孢桿菌產(chǎn)生伊枯草菌素（iturin）、表面活性素(surfactin)和豐原素(fengycin)等抗菌脂肽，在植物保護(hù)、藥物開發(fā)、果蔬貯藏保鮮等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值，然而，野生型芽孢桿菌一般產(chǎn)生多種抗菌脂肽的混合物，每種抗菌脂肽抑制的具體微生物種類難以直接判定，特別是抗菌肽產(chǎn)量低，難以工業(yè)化應(yīng)用。本研究以B. subtilis 1A751 ?pps為出發(fā)菌株，利用CRISPR/Cas9刪除srfAB-AC 中的6 kb基因片段構(gòu)建不產(chǎn)生抗菌脂肽的底盤工程菌株B. subtilis 1A751 ?pps srf?srfAB-AC；采用TAR（transformation-associated recombination ，TAR）技術(shù)捕獲Bacillus amyloliquefaciens HYM-12中iturin生物合成基因簇（38.1 kb），并與sfp（0.8 kb）和degQ（0.3 kb）基因組裝后整合至工程菌株獲得單產(chǎn)iturin菌株，HPLC-ESI-MS結(jié)果表明該菌株能夠產(chǎn)生6種iturin；通過無疤基因敲入技術(shù)修復(fù)了B. subtilis 1A751 ?pps中sfp基因構(gòu)建單產(chǎn)surfactin菌株；抗菌實驗結(jié)果表明，單產(chǎn)iturin、surfactin和fengycin菌株發(fā)酵提取物均對6株病原細(xì)菌具有強的抑制作用，但單產(chǎn)Iturin菌株及其發(fā)酵提取物對4種病原真菌具有強的抑制活性，而單產(chǎn)surfactin和plipastatin菌株僅有弱的抑制真菌活性，與Kana、Spec、Amp三種抗生素的抑菌活性相比，iturin具有強且持久的抑制真菌活性。在此基礎(chǔ)上，通過啟動子替換和群體感應(yīng)系統(tǒng)ComQXPA調(diào)控plipastatin和iturin的產(chǎn)量，單產(chǎn)菌株的抗菌肽產(chǎn)量提高到5g/L。本研究結(jié)果說明TAR技術(shù)能夠高效克隆低GC含量的生物合成基因簇，直接證明了芽孢桿菌3種主要抗菌肽抑制細(xì)菌和真菌活性的差異，為進(jìn)一步闡明抑菌機(jī)理提供了科學(xué)理論基礎(chǔ)，并為抗菌肽的工業(yè)化生產(chǎn)提供了技術(shù)支撐。