FSHW | 一株来自海洋的多重耐受胁迫产香酵母Meyerozyma guilliermondii GXDK6的安全性评估

本文系Food Science and Human Wellness原创编译，欢迎分享，转载请授权。

Introduction

随着气候变化、生物多样性丧失和其他形式的环境退化以及全球粮食系统失衡，世界对以更环保、更有营养和更健康的益生菌为主导的功能性食品的需求巨大。2021年，功能性益生菌食品的全球销售额达到2920亿美元，16个国家的42%消费者购买功能性食品数量超过2020年。到2024年，全球益生菌的市场规模将超过30亿美元。然而，由于缺乏判断不同益生菌菌株的安全性和益生菌特性的标准，导致益生菌物种资源缺乏，这仍然是功能性益生菌产品生产面临的最重要的技术挑战。增加益生菌的种类和数量是极其重要的。其中，确保菌株安全和了解益生菌菌株特性是确保消费者安全的前提。

研究表明，Debaryomyces spp.、Pichia spp.、Yarrowia spp.、Meyerozyma spp.和Kluyveromyces spp.的酵母广泛应用于食品、饲料、植物生物肥料、生物防治和化学工业等领域，且具有显著的益生菌特征。由于Meyerozyma guilliermondii在自然界中广泛分布，具有广泛的底物利用和合成多种高价值代谢产物的能力，耐受pH、温度、盐和重金属胁迫，分泌多种酶，对某些常见的抗真菌药物没有耐药性，被广泛应用于棕榈油厂废水的生物修复、采后水果的生物防控、生物表面活性剂生产、高效低成本饲料脂肪酶的生产、有机废物的堆肥、食品和添加剂生产以及传统发酵等领域。然而，在PubMed（1991-2022.06）中分别以“probiotic yeasts”和“probiotic bacteria”为关键词进行搜索，分别返回了1986和27138篇论文。搜索到874个“Debaryomycetaceae”菌种，其中有1.03%是Meyerozyma。缺乏关于M. guilliermondii安全性和益生菌特性的可用数据，限制了M. guilliermondii作为益生菌应用于生物技术和食品工业中。因此，研究M. guilliermondii的安全性评价和益生菌功能特征，可以逐步规范Debaryomycetaceae益生菌的安全性评估和管理，从而为潜在酵母益生菌的安全性评价和益生菌功能特性提供参考，促进益生菌行业的健康有序发展。它还可以丰富益生菌菌株资源库，并有助于开发功能性益生菌产品。

先前的研究提供了一种新型多重耐受酵母M. guilliermondi GXDK6，它具有潜在的益生菌特性。为了验证其对食品生产和人类健康是安全的推测，在本文以GXDK6为研究对象，根据基因型和表型特征，体内和体外研究共同评估其安全性，同时研究了其体内外的各种益生菌特性，为M. guilliermondii作为一种安全的益生菌用于人类消费和食品发酵提供了新的见解。

Results and Discussion

GXDK6的安全性评估分析

在GXDK6的基因组中很少发现相关的毒力、抗生素耐药性、逆转录因子基因和表型表达（图2）。仅注释到9个与菌丝形态发生有关的毒力相关基因（SIT4、HOG1、SPA2、ERK1、ICL1、CST20、HSP104、TPS1和RHO1），1个与细胞外磷脂酶分泌有关的基因（VPS4）。但是Meyerozyma没有真正的菌丝，GXDK6不分泌磷脂酶。GXDK6缺乏抗生素耐药性基因且对常见的抗真菌药物没有表现出任何耐药性。除了亚精胺合酶（JA9_002594）、精胺合酶（JA9_004690）和酪氨酸脱羧酶（inx）外，缺少编码其他生物胺（BA）合成的基因。GXDK6产生的BA和总BA远低于食品规定的阈值水平（β-苯乙胺、腐胺、酪胺、精胺和总BA分别为食物阈值水平的0.240%、0.006%、0.041%、0.186%和0.181%-0.217%）（图3）。小鼠急性经口毒性试验表明GXDK6是安全的。

图2 念珠菌种类的鉴定和毒性产生的评估

图3 GXDK6中的生物胺产生

GXDK6的益生菌特性评估

GXDK6耐受37 °C、pH 2.5、0～3 g/L胆汁盐和0～1.25 g/L胆固醇。在模拟肠胃液环境中具有良好的生长和繁殖效率。同时，GXDK6具有高自聚集率（74.81%）和高疏水性（二甲苯，88.19%）。GXDK6还显示出对氯仿、二氯甲烷、乙酸乙酯和乙醚的高疏水性（84.02%～95.72%），大于CNCMI-745的低或中等疏水性（0.53%～41.38%）。高的自聚集率和高疏水性意味着GXDK6与上皮细胞相互作用的具有高的亲和力和定殖力；21种有机物的同化能力赋予GXDK6优异的环境适应性和与病原菌争夺营养的强大竞争力。这种现象可能会改善肠道菌群的结构并维持其内环境稳定，从而实现免疫调节，并降低胃中幽门螺杆菌引起癌症的发病率。

GXDK6表现出比CNCMI-745更高的抗氧化能力（DPPH自由基清除率、羟自由基清除率和还原能力），GXDK6对羟基自由基的最高清除率（1 d）和还原能力（0.5 d）分别为34.95%（是CNCMI-745的1.23倍）和554.24%（在CNCMI-755中未检测到还原力）。这意味着对氧化损伤相关疾病的治疗和预防能力更强，例如神经退行性疾病、免疫疾病、高血压、高血脂、冠心病和癌症。

GXDK6分泌细胞外β-葡萄糖苷酶和菊粉酶，可通过增加肠道中纤维素和菊粉的消化率来提高营养物质的可利用性，从而为宿主提供辅助健康益处。此外，以GXDK6为底盘细胞，发酵五碳糖和六碳糖，产生异戊醇、苯乙醇、异戊二醇、乙醇、橙花醇和2-乙基己醇等广泛应用于食品、化妆品和药品中的芳香代谢产物。同时还可合成具有代表性的高价值代谢产物，如多巴胺、维生素B6、骨化三醇、洋地黄毒苷和吡嗪（数据未报告）。因此，益生菌GXDK6在这种情况下具有更广阔的市场前景。

图4 GXDK6的益生菌特性

Conclusion

通过表型和全基因组测序分析，评估了一种新型海洋耐受多重胁迫的酵母M. guilliermondii GXDK6的安全性。结果表明，很少发现相关毒力、抗生素耐药性和逆转录因子的基因和表型表达。小鼠体内急性毒性试验也表明GXDK6是安全的。此外，模拟肠胃液环境中的GXDK6具有良好的生长和繁殖效率，表现出较强的抗氧化和有机物分解能力。本研究强调了GXDK6生产功能性食品的益生菌能力及其作为益生菌预防和治疗疾病的潜力。综上所述，GXDK6作为一种新的益生菌可以被认为是安全的，并具备用于功能性食品和其他行业的远大前景。

第一作者

莫雪艳，女，广西大学生命科学与技术学院博士研究生，主要研究方向为微生物新资源功能研究。目前主持广西博士研究生创新项目1项，参与国家自然科学基金、中央引导专项等多个项目，在国内外期刊公开发表学术论文8篇，其中SCI收录6篇，第一作者论文2篇，授权国家发明专利2件。

通信作者

蒋承建，男，中共党员，博士，教授，博士研究生导师。美国罗格斯大学“Rutgers Biomedical and Health Sciences”访问学者，广西科学院桂科学者，“微生物新资源设计”创新团队PI。曾任广西微生物与酶工程技术研究中心主任等。长期致力于微生物新资源的开发利用研究。系列研究成果为揭示酶催化的机制机理提供了模式材料，为阐述微生物介导的特殊生境系统基本物质代谢机制规律等提供了理论支持。以第1/通信作者身份在 “Science of the Total Environment”、“Bioresource Technology”和“Microbiology Spectrum”以及“Microbial Ecology”等权威生物学期刊发表SCI收录论文近40篇。获国家发明专利授权8件，主持/主持完成国家级/省部级项目近20项。微生物领域相关基础性科研成果获广西科学技术奖二等奖，生物医药大健康相关应用性科研成果获国家科技部首届“全国颠覆性技术创新大赛”优秀项目奖，获国家科技部等五部委 “第十一届中国创新创业大赛”广西赛区总决赛初创组唯一的一等奖，获第一届“中国——东盟创新创业大赛”总决赛企业组（全球入围10项）三等奖，连续获广西高等教育自治区级教学研究成果奖二等奖2项。为广西“新世纪十百千人才工程”第二层次人选，广西特聘青年专家，广西杰出青年基金项目主持人，南宁市C类/广西高层次人才人选等。获“全国优秀教师”荣誉称号，全国高校系统“宝钢教育优秀教师奖”，广西壮族自治区优秀教师，广西青年科技奖等系列荣誉称号。研究成果得到人民日报、央广网（学习强国号）和广西日报以及广西科协等多家单位和新闻媒体客户端的积极宣传。

Safety assessment of a novel marine multi-stress-tolerant yeast Meyerozyma guilliermondii GXDK6 according to phenotype and whole genome-sequencing analysis

Xueyan Moa, Mengcheng Zhoua, Yanmei Lia, Lili Yua, Huashang Baia, Peihong Shena, Xing Zhoub, Haojun Zhub, Huijie Suna, Ru Bua, Chengjian Jianga,b,c,*

a State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Subtropical Agro-Bioresources, Guangxi Research Center for Microbial and Enzyme Engineering Technology, College of Life Science and Technology, Guangxi University, Nanning 530004, China

b National Engineering Research Center for Non-Food Bioref inery, State Key Laboratory of Non-Food Biomass and Enzyme Technology, Guangxi Research Center for Biological Science and Technology, Guangxi Academy of Sciences, Nanning 530007, China

c Guangxi Key Laboratory for Green Processing of Sugar Resources, College of Biological and Chemical Engineering, Guangxi University of Science and Technology, Liuzhou 545006, China

*Corresponding author.

Abstract

The application of microorganisms as probiotics is limited due to lack of safety evaluation. Here, a novel multi-stress-tolerant yeast Meyerozyma guilliermondii GXDK6 with aroma-producing properties was identified from marine mangrove microorganisms. Its safety and probiotic properties were assessed in accordance with phenotype and whole-genome sequencing analysis. Results showed that the genes and phenotypic expression of related virulence, antibiotic resistance and retroelement were rarely found. Hyphal morphogenesis genes (SIT4, HOG1, SPA2, ERK1, ICL1, CST20, HSP104, TPS1, and RHO1) and phospholipase secretion gene (VPS4) were annotated. True hyphae and phospholipase were absent. Only one retroelement (Tad1-65_BG) was found. Major biogenic amines (BAs) encoding genes were absent, except for spermidine synthase (JA9_002594), spermine synthase (JA9_004690), and tyrosine decarboxylase (inx). The production of single BAs and total BAs was far below the food-defined thresholds. GXDK6 had no resistance to common antifungal drugs. Virulence enzymes, such as gelatinase, DNase, hemolytic, lecithinase, and thrombin were absent. Acute toxicity test with mice demonstrated that GXDK6 is safe. GXDK6 has a good reproduction ability in the simulation gastrointestinal tract. GXDK6 also has a strong antioxidant ability, β-glucosidase, and inulinase activity. To sum up, GXDK6 is considered as a safe probiotic for human consumption and food fermentation.

Reference:

MO X Y, ZHOU M C, LI Y M, et al. Safety assessment of a novel marine multi-stress-tolerant yeast Meyerozyma guilliermondii GXDK6 according to phenotype and whole genome-sequencing analysis[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(4): 2048-2059. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250170.

本文编译内容由作者提供

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

封面图片来源：图虫创意

为加强企业主导的产学研深度融合，促进食品科研成果转化和服务地方经济产业，由全国糖酒会主办，北京食品科学研究院、中国食品杂志社和中粮会展（北京）有限公司承办的“食品科技成果交流会”将于2024年10月29-31日糖酒会期间在深圳国际会展中心举办，以当前食品科技发展趋势和食品产业发展的重点科技需求为导向，针对食品产业发展面临的重大科技问题，交流和借鉴国外经验，为广大食品科研工作者和生产者提供新的思路，指明发展方向。

长按或微信扫码进行注册

会议招商招展

联系人：杨红；电话：010-83152138；手机：13522179918（微信同号）