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乳酸菌--从基础研究到产业的技术突破 ---记内蒙古农业大学乳品生物技术与工程重点实验室从"0"到"1"原始创新

“推动农牧业高质量发展,建设国家重要农畜产品生产基地”,是习近平总书记对内蒙古这座全国的“粮仓”“肉库”“奶罐”的期待。习近平总书记嘱托内蒙古要立足新发展阶段、贯彻新发展理念、构建…

“推动农牧业高质量发展,建设国家重要农畜产品生产基地”,是习近平总书记对内蒙古这座全国的“粮仓”“肉库”“奶罐”的期待。习近平总书记嘱托内蒙古要立足新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局,把内蒙古建设成为国家重要农畜产品生产基地。

我国是乳品生产和消费大国。近10年来,我国乳业处于快速增长时期,以年平均超过10%的增长速度发展。特别是发酵乳制品产销量年增长速度平均在25%以上,已成为乳业产品结构调整的重要方向和发展趋势。乳酸菌菌种是生产发酵乳制品的核心技术,被誉为乳业的“芯片”。多年来,我国生产发酵乳制品的乳酸菌菌种(包括益生菌)及其制剂主要由欧美发达国家垄断,自主创新能力不足。针对这一问题,内蒙古农业大学乳品生物技术与工程重点实验室在张和平教授带领下经过20多年的努力,从乳酸菌菌种库的建设,乳酸菌的开发利用和产业化实现了从"0"到"1"的突破。

乳酸菌资源是乳品加工、健康食品、生物制药等相关产业实现可持续发展必不可少的战略资源。针对我国乳酸菌资源缺乏系统研究的现状,从2001年起,历时20年,从亚洲、欧洲、非洲、南美洲、大洋洲的25个国家采集自然发酵乳制品等样品3864份,从中分离、鉴定和保藏乳酸菌32,641株,包括乳酸菌的33个属138个种和亚种,建成了全球最大的乳酸菌菌种资源库。千帆一道带风轻,奋楫逐浪天地宽。2021年7月,被内蒙古自治区农牧厅认定为内蒙古自治区农业微生物种质资源库。为了提高乳酸菌资源的开发利用效率,2019年启动了“万株乳酸菌基因组计划”,到2025年完成3万株乳酸菌分离株的基因组测序工作,将成为世界最大的乳酸菌基因数据库。

利用人工智能策略,基于乳酸菌全基因组数据,建立了益生乳酸菌精准筛选模型及可视化平台iProbiotics,筛选出干酪乳杆菌(L. casei Zhang)、乳双歧杆菌(B. lactis V9)、植物乳杆菌(L. plantarum P-8)和鼠李糖乳杆菌(L. rhamnosus Probio-M9)等28株具有显著的免疫调节、肠道菌群调节、降血脂、降血压功能的益生乳酸菌,并与中国人民海军总医院、北京天坛医院、内蒙古自治区人民医院、内蒙古医科大学附属医院、华中科技大学附属同济医院、海南人民医院、威海市立医院等合作完成了益生乳酸菌改善慢性肾脏病、冠心病、帕金森病、支气管哮喘、骨质疏松、炎症性肠病、肠易激综合征、II型糖尿病、高血脂、痛风和高尿酸症、多囊卵巢综合症、过敏、预防上呼吸道感染和舒缓压力及焦虑等40多项临床研究。这些基础研究为益生菌产业化奠定了坚实的理论基础。

2008年,采用第一代测序技术,完成了我国第一株乳酸菌全基因组序列的测定,发现relBE双组份系统是菌株耐受肠胃液的主要因素。在国际上首次构建了干酪乳杆菌蛋白质组图谱,明确了relBE双组份系统和应激蛋白在酸和胆盐胁迫中的保护机制,提出了益生乳酸菌耐受肠胃液的理论,显著提升了我国益生乳酸菌研究的科技创新能力。发现了还原型辅酶Ⅰ氧化酶和氧损伤修复蛋白编码基因显著高表达的规律,明确了细胞膜氧化损伤是益生乳酸菌高密度发酵、冷冻干燥和储存过程中菌株衰亡的主要原因。开发了微包膜高效保护的乳酸菌冷冻干燥技术,使活菌得率提高至90%以上,生产出的发酵剂(制剂)活菌数达4.0-15.0×1011 CFU/g以上,技术指标达到国际同类产品的性能。

企业是创新的主体,也是构建产业链的微观主体,企业强产业链才能强。提升产业链现代化水平,关键是要培育形成一批具有技术优势或市场优势的“链主企业”和能够生产某些关键设备和先进材料的“隐形冠军”企业。原创性益生菌菌株在北京科拓恒通生物技术股份有限公司、内蒙古蒙牛乳业(集团)股份有限公司、华润江中制药集团有限责任公司等企业实现转化。其中,北京科拓恒通生物技术股份有限公司全面吸收和转化了益生乳酸菌产业化的技术成果,形成了一整套拥有创新性的核心技术和竞争力的产品,使之成为国内众多乳制品企业和制药企业的益生菌供应商,打破了国际益生菌企业在中国的市场垄断。2020年7月27日,该公司在深交所创业板上市,成为中国益生菌产业“第一股”(SZ 300858)。该公司新的生产基地已经落户呼和浩特和林开发区,预计投入20亿,建成后将是中国最大的乳酸菌系列产品生产基地,将极大带动自治区科技和经济高质量发展。

2014年,习近平总书记在考察内蒙古时就强调指出“延长资源型产业链是内蒙古调整优化产业结构的重要内容”,2021年又进一步提出内蒙古“要紧扣产业链供应链部署创新链,不断提升科技支撑能力”的要求。一滴水折射太阳的光芒,投身时代大考,内蒙古奋力答卷。肩负产业链现代化时代命题的内蒙古发力创新驱动,一项项“黑科技”炫耀登场,产业链现代化“链舞长风”。站在新起点,舞台更广阔!展望未来,内蒙古农业大学乳品生物技术与工程重点实验室在张和平教授的带领下将持续致力于加快高新技术和先进适用技术在农畜产品加工等传统产业的示范应用,促进传统产业转型升级,我们有信心努力实现关键核心技术自主可控,把创新主动权、发展主动权牢牢掌握在自己手中。

张和平:男,汉族,1965年2月生,国家杰出青年科学基金获得者、“长江学者”特聘教授(2012年)、“国家百千万人才工程”入选者(2013年)、全国农业科研杰出人才(2015年)、国家“万人计划”科技创新领军人才(2016年)。先后获得何梁何利科技创新奖、国家科技进步二等奖、教育部技术发明一等奖、内蒙古自然科学一等奖、内蒙古科技进步一等奖等科技奖励15项,荣获全国先进工作者、“庆祝中华人民共和国成立70周年”纪念章、国务院“政府特殊津贴”、全国优秀科技工作者、全国优秀科技工作者、内蒙古自治区科学技术特别贡献奖等荣誉称号。

 

(作者:郭晓东,图片来源:内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部重点实验室)

 

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作者: 大文君

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