新研究揭示干酪乳杆菌胞外多糖合成调控新机制，助力功能性食品产业升级

研究背景：胞外多糖成为乳酸菌产业核心发展方向

干酪乳杆菌是食品工业中应用历史悠久、应用场景广泛的益生菌菌株，作为发酵核心菌种，被大量应用于酸奶、发酵奶油、奶酪、发酵乳饮料等主流乳制品生产中。其代谢产生的胞外多糖是一类天然高分子聚合物，也是乳酸菌重要的次生代谢产物，如今已成为食品、健康产业关注的热门原料。

从应用层面来看，乳酸菌胞外多糖兼具食品加工特性与生理活性价值，双重优势让其市场需求持续攀升。在食品加工领域，胞外多糖具备优良的增稠、乳化、稳定、保水、改善质构的能力，可替代人工增稠剂、稳定剂、胶凝剂，减少食品加工中化学添加剂的使用，契合当下消费者对 “清洁标签” 食品的需求。在终端产品体验上，添加胞外多糖的发酵食品口感更醇厚、体系更稳定，能有效避免酸奶分层、乳饮料沉淀、奶酪口感粗糙等行业常见问题。

除此之外，该多糖还拥有显著的健康功效，可提升益生菌在人体肠道内的定植能力，同时具备免疫调节、辅助调节血脂、抑制肿瘤细胞活性等功能，是打造功能性发酵食品、益生菌保健品的核心原料。

长期以来，行业虽已证实干酪乳杆菌的eps基因簇主导胞外多糖合成，但该基因簇的转录规律、关键调控蛋白的作用机制一直未能明确，这也导致企业难以通过定向改造菌种提升胞外多糖产量，生产成本居高不下、量产效率受限。在此行业痛点下，本次研究聚焦核心调控因子 EpsA 展开深度挖掘，具备极强的现实应用意义。

基因架构解析：厘清胞外多糖合成的转录基础

想要定向改造菌种提升产能，首先需要摸清胞外多糖合成基因的表达规律。研究团队综合运用生物信息学预测、基因共转录分析、荧光报告系统验证等多种技术，完整解析了干酪乳杆菌 LC2W 体内eps基因簇的转录结构。

该基因簇包含 20 个功能基因，整体被划分为3 个独立操纵子与 1 个单基因转录单元，分别由P 2169−2170、P 2185−2186、P 2189−2190 三个核心启动子控制转录。研究人员通过红色荧光蛋白报告实验量化启动子活性，发现P 2169−2170启动子活性最强，仅比菌株强组成型启动子低 13%，是驱动胞外多糖合成基因表达的核心开关。

这一研究成果首次绘制出干酪乳杆菌胞外多糖合成基因的完整转录图谱，为后续基因编辑、启动子优化、菌种改造提供了精准的靶点与方向，是实现工业化高产菌株培育的重要理论前提。

分子机制验证：明确 EpsA 的调控功能与作用条件

EpsA 是eps基因簇内唯一的 LytR 家族转录调控蛋白，也是调控胞外多糖合成的核心 “开关蛋白”。实验发现，EpsA 蛋白 N 端存在跨膜结构域，该结构会影响蛋白异源表达，研究人员截除该区域后成功获得可溶性蛋白，为体外功能验证创造了条件。

体外凝胶迁移实验（EMSA）证实，磷酸化修饰是 EpsA 发挥功能的必要条件，经过磷酸化激活的 EpsA，能够特异性结合P 2169−2170和P 2189−2190两大关键启动子，直接调控下游基因转录，而不会作用于P 2185−2186启动子。同时菌株内源酪氨酸激酶可完成 EpsA 的磷酸化激活，形成一套完整的胞内调控通路。该结论清晰解释了 EpsA 的作用模式，也为后续通过调控蛋白磷酸化效率、强化蛋白结合能力来提升多糖产量指明了技术路径。

功能实验落地：EpsA 正向提升胞外多糖产能，拓展应用边界

为验证 EpsA 在菌体代谢中的实际作用，团队构建了epsA基因敲除株与过表达菌株，并定量检测胞外多糖产量与基因表达水平。实验数据显示，过表达epsA后，菌株胞外多糖产量大幅提升，而敲除该基因后多糖产量显著下降，直接证明EpsA 是胞外多糖合成的正向激活因子。

转录组测序结果进一步发现，敲除epsA后共有 67 个基因表达发生显著改变，除胞外多糖合成相关基因外，还涉及糖转运、三羧酸循环、嘌呤代谢等多条代谢通路。这说明 EpsA 是全局性调控因子，不仅能直接促进多糖合成，还可调节菌体整体代谢网络，进一步保障多糖持续合成。

从产业化角度而言，该结论价值突出：通过基因工程手段强化 EpsA 表达，可直接提升发酵体系中胞外多糖的产量，降低单位产品的原料与发酵成本。对于食品生产企业来说，更高的多糖产量意味着发酵乳、奶酪等产品的质构改良效果更佳，无需额外复配添加剂即可达到产品标准；对于多糖提取企业，高产菌株能有效提升原料利用率，扩大天然食品稳定剂、增稠剂的产能。

产业应用价值与未来发展展望

本次研究突破了干酪乳杆菌胞外多糖调控的技术瓶颈，打通了 “基础理论 —分子机制—菌种改造—产品应用” 的全链条路径，对整个乳酸菌及功能性食品行业影响深远。

在传统发酵食品领域，依托本研究成果培育的高产胞外多糖菌株，可直接应用于酸奶、发酵乳、干酪等产品生产。一方面优化产品口感、稳定性，延长货架期；另一方面赋予产品更强的益生菌活性与健康属性，助力企业打造差异化高端发酵食品。在食品添加剂领域，高产菌株可用于规模化提取天然胞外多糖，替代人工合成添加剂，顺应全球清洁标签、天然健康的食品发展趋势，应用场景覆盖饮料、烘焙、肉制品等多个品类。在大健康领域，高活性胞外多糖可被开发为益生菌制剂、膳食补充剂，依托其免疫调节等生理活性，拓宽益生菌产品的赛道。

除此之外，研究发现的 EpsA 磷酸化调控机制、核心启动子元件，也为后续菌株迭代优化预留了空间。行业可结合发酵工艺优化、诱变育种、基因编辑等技术，持续迭代高产、高活性的工程菌株。

总体来看，该研究不仅深化了微生物代谢调控的基础理论，更用扎实的实验成果赋能产业升级，为天然功能性配料、高端发酵食品、益生菌健康产品的创新发展提供了强大的技术支撑，市场转化前景十分广阔。

参考文献：[1] Fan Y, Xiong Z, Du X, Song X, Wang G, Xia Y, Ai L. LytR Family Transcriptional Regulator EpsA Positively Regulates Exopolysaccharide Biosynthesis in Lacticaseibacillus casei. J Agric Food Chem. 2025 Apr 30;73(17):10399-10405.