WikiEdge:BioRxiv-2024.09.16.613207

• 标题：Making yogurt with the ant holobiont uncovers bacteria, acids, and enzymes for food fermentation
• 中文标题：利用蚂蚁全生物群制作酸奶揭示了食品发酵的细菌、酸和酶
• 发布日期：2024-09-16
• 作者：Sinotte, V. M.; Ramos Viana, V.; Vasquez, D. P.; Sirakova, S. M.; Valeron, N. R.; Cuesta Mate, A.; Taylor Parkins, S. K.; Velasco, E. M.; Zilber, D.; Munk, R.; Andersen, S. B.; Dunn, R. R.; Jahn, L. J.
• 分类：microbiology
• 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.09.16.613207

摘要：乳品发酵在食品文化、环境和微生物交汇的地方有着丰富的历史。然而，发酵实践和微生物的生物文化起源在很大程度上已被工业化过程所取代。在这里，我们考虑了源自土耳其和保加利亚的一种历史发酵方式 - 蚂蚁酸奶。我们重新审视了使用红木蚁（Formica rufa group）启动乳品发酵的传统实践和现代美食应用。随后，我们对蚂蚁和实验性蚂蚁源酸奶进行了特性分析。我们发现，由蚂蚁及其微生物组成的蚂蚁全生物体，为发酵过程贡献了关键的酸和酶。通过元宏基因组测序和培养，我们发现乳酸菌和醋酸菌，包括与传统酸奶和酸面团中的相关物种，源自活蚂蚁，并在牛奶中繁殖。蚂蚁和细菌因此引入了甲酸、乳酸和醋酸，这对酸奶的酸化和凝固有利。最后，蚂蚁和细菌产生了具有作用于酪蛋白和改变酸奶质地的潜力的蛋白酶。因此，蚂蚁全生物体促进了类似于其他发酵物中的微生物群落的发酵。我们的发现强调了整合传统、美食和生物学框架以揭示发酵食品的微生物起源和应用的价值。

问题与动机

作者的研究问题包括：

• 蚂蚁共生体（ant holobiont）是否能够作为酸奶发酵的启动剂？
• 蚂蚁共生体中的微生物群落是否对酸奶发酵过程中的酸和酶有贡献？
• 红木蚁（Formica rufa group）作为酸奶发酵剂的潜力如何？
• 传统使用蚂蚁制作酸奶的实践是否可以转化为现代美食应用？
• 季节变化对蚂蚁微生物群落及其发酵酸奶的影响是什么？
• 活体蚂蚁与冷冻或脱水蚂蚁在酸奶发酵中的作用是否存在差异？
• 酸奶发酵过程中乳酸菌和醋酸菌的丰度和多样性如何随季节变化？
• 酸奶发酵过程中是否会产生能够改变酸奶质地的蛋白酶？

背景介绍

这篇文献的背景主要集中在以下几个方面：

1. 牛奶发酵的历史与文化交融：
   • 牛奶发酵成如酸奶、奶酪和克非尔等产品起源于古老实践，深刻塑造了食品文化。最早的乳制品证据可追溯至9000年前的安纳托利亚（现代土耳其）。
   • 史前乳制品发酵可能早在7000年前就开始了，基于从类似奶酪过滤器的陶器中分离出的脂肪和蛋白质残留物。
   • 随着时间的推移，多样化的乳制品实践将牛奶转化为一种可保存、广泛分布和营养丰富的资源。
2. 酸奶发酵的生物文化起源：
   • 酸奶是一种酸味发酵乳产品，是依赖于人、乳制动物、环境和最重要的是微生物之间相互作用的功能文化适应。
   • 微生物进入牛奶并通过其酶促过程催化发酵成酸性、粘稠的酸奶。
   • 20世纪初，微生物学家首次对酸奶进行表征，为从传统酸奶到简化工业化酸奶的转变奠定了基础。
   • Stamen Grigorov和Ilya Metchnikoff从保加利亚的maya中分离并普及了一种细菌，即Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus。
   • Metchnikoff之后，酸奶的工业化集中在少数细菌分类群上，主要是L. delbrueckii subsp. bulgaricus和Streptococcus thermophilus。
   • 尽管这些物种在工业和野生发酵中通过食品保存、风味生成和潜在健康益处发挥重要作用，但对少数细菌物种的关注忽视了传统酸奶中体现的生物多样性。
3. 蚂蚁酸奶的传统实践与现代应用：
   • 研究者考虑了源自土耳其和保加利亚的历史发酵实践——蚂蚁酸奶。研究者重新审视了使用红林蚁（Formica rufa群）启动牛奶发酵的传统实践和现代美食应用。
   • 研究者通过实验性蚂蚁衍生酸奶的表征，揭示了蚂蚁和其微生物群落对发酵过程的贡献。
   • 研究结果强调了将传统、美食和生物学框架整合起来，以揭示微生物在发酵食品中的起源和应用的价值。

章节摘要

这篇论文是关于使用蚂蚁共生体制作酸奶的研究，其主要内容可以概括如下：

1. 摘要：研究了土耳其和保加利亚的传统酸奶发酵实践，特别是使用红林蚁（Formica rufa group）启动牛奶发酵的实践。研究揭示了蚂蚁共生体（包括蚂蚁及其微生物)对发酵过程中关键酸和酶的贡献。
2. 引言：探讨了牛奶发酵成酸奶、奶酪和克非尔等产品的古老实践，以及这些实践如何深刻塑造了食品文化。讨论了酸奶发酵的生物文化起源和微生物，以及它们如何被工业化过程所取代。
3. 研究结果：
   • 蚂蚁共生体作为食品应用的催化剂：研究了保加利亚社区中保留的传统使用蚂蚁作为酸奶发酵剂的实践。发现使用活蚂蚁作为发酵剂，与冷冻或脱水蚂蚁相比，可以产生一致的微生物组，这对发酵是有益的。
   • 活蚂蚁提供小型、稳定且可控的酸奶微生物组：通过16S rRNA基因的元条形码分析，研究了红林蚁（F. rufa group）的细菌微生物组，并测试了假设，即蚂蚁中的乳酸和醋酸细菌可能转移到酸奶中。
   • 蚂蚁中的细菌在牛奶中增殖：使用定量PCR（qPCR）和16S rRNA Sanger测序的培养组学方法，评估了活蚂蚁引入的酸奶中的乳酸菌的增殖。
   • 蚂蚁和细菌有助于酸奶的酸化：研究了蚂蚁共生体对酸奶中甲酸、乳酸和醋酸的定量，以及发酵前后的pH值。
   • 蚂蚁和微生物有助于酸奶的蛋白质水解：通过非靶向蛋白质组学分析，研究了蚂蚁共生体对酸奶发酵过程中的蛋白酶和肽酶的贡献。
4. 讨论：研究探讨了使用蚂蚁作为酸奶发酵剂的传统实践，并假设蚂蚁共生体（包括蚂蚁及其微生物）催化了发酵。研究结果揭示了蚂蚁和细菌如何协同塑造发酵过程，并提出了关于发酵微生物生态和古老起源的新问题。
5. 材料与方法：描述了传统和现代烹饪中蚂蚁的应用，包括在保加利亚Nova Mahala重新创造蚂蚁酸奶的过程，以及在餐厅Alchemist开发的蚂蚁酸奶冰淇淋三明治、类似马斯卡彭的奶酪和用蚂蚁奶洗澄清的鸡尾酒。
   • 实验酸奶的制备：详细说明了在春季和秋季进行的实验酸奶的制备过程，包括使用Formica polyctena和F. rufa蚂蚁进行微生物组表征和实验酸奶发酵。
   • DNA提取：描述了从酸奶和蚂蚁中提取DNA以评估微生物群落组成的步骤。
   • 细菌负荷的定量：使用实时PCR（qPCR）评估了酸奶、蚂蚁和对照样本中的细菌微生物负荷。
   • 细菌群落元条形码分析：通过16S rRNA基因的V3-V4区域的靶向测序，对蚂蚁、酸奶和对照样本中的细菌群落进行了表征。
   • 牛奶发酵和蚂蚁的细菌培养组学：描述了从蚂蚁酸奶和蚂蚁中培养和鉴定细菌的过程。
   • 酸奶中pH值、乳酸、醋酸和甲酸的定量：描述了测量酸奶样本中pH值、乳酸、醋酸和甲酸含量的方法。
   • 酸奶的蛋白质组学分析：详细说明了从酸奶样本中制备样品进行蛋白质组学分析的过程。
   • 数据可用性：提供了有关测序数据和蛋白质组数据的存储和可用性的信息。
   • 代码可用性：提供了有关分析代码存储和可用性的信息。
   • 作者贡献：列出了作者在研究中的具体贡献。
   • 致谢：感谢协助收集蚁群、提供知识和帮助获取收集许可的个人和组织，以及分享他们对蚂蚁在乳制品发酵中的传统用途的知识的村民和美食家。