劉洋兒 郭明璋 杜若曦 賀曉云 黃昆侖 許文濤

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 北京食品營養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心，北京100194；2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京100083）

乳酸菌（Lactic acid bacteria，LAB）是指一類利用可發(fā)酵糖產(chǎn)生大量乳酸的菌群，通常為革蘭氏陽性菌，厭氧或兼性厭氧［1］，主要分布在乳桿菌屬、鏈球菌屬、明串珠菌屬、雙歧桿菌屬及片球菌屬等幾個(gè)屬中［2-3］。目前我國衛(wèi)生部已將34種微生物菌種列入《可食用菌種名單》，其中至少有28個(gè)菌種屬于乳酸菌，而可用于保健食品的11種益生菌菌種全部為乳酸菌。乳酸菌可以在泌尿、生殖系統(tǒng)中或黏膜部位黏附存活且無病原性［4］，可調(diào)節(jié)人體免疫能力，降低膽固醇、抗腫瘤，改善腸道菌群［5-6］。目前乳酸菌主要應(yīng)用于食品工業(yè)生產(chǎn)中，在乳制品加工、果蔬發(fā)酵、釀造工業(yè)及肉制品生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛［7］。據(jù)統(tǒng)計(jì)預(yù)測，我國乳酸益生菌類產(chǎn)品市場規(guī)模在2020年將接近850億元［8］。由此可見，我國乳酸菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展蒸蒸日上，未來的機(jī)遇指日可待。

眾多實(shí)驗(yàn)表明乳酸菌存在大量保健治療功能效果，可面向不同層面人群。例如，乳酸片球菌（Pediococcusacidilactici）K15適用于免疫力低下人群，可增加唾液中的免疫球蛋白A（Immunoglobulin A，IgA），抑制病原體侵染宿主［9］；芽孢桿菌（Bacillus）益生菌適用于腸道炎癥人群，可清除腸道中金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus），維持腸道菌群共生［10］；植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）229v可改善重度抑郁癥患者的認(rèn)知功能，提高其注意力與理解力［11］。但在乳酸菌研究過程中，存在篩菌技術(shù)繁復(fù)、周期長、成功率低等難點(diǎn)，特別是缺少穩(wěn)定繁殖特定功能乳酸菌菌株，這些都制約了乳酸菌在行業(yè)中的發(fā)展。因此，尋找行之有效的特定功能乳酸菌菌株開發(fā)方法成為了推動(dòng)乳酸菌行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。

合成生物學(xué)是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，它將分子生物學(xué)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)、化學(xué)、信息學(xué)等學(xué)科知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合在一起，為解決乳酸菌發(fā)展難題提供了一個(gè)新機(jī)遇。早在1980年，Hobom［12］和Bemer等［13］在描述轉(zhuǎn)基因細(xì)菌時(shí)就提出了“合成生物學(xué)”的概念，而今已被廣泛接受和應(yīng)用。合成生物學(xué)可以將生物組件組裝集合，以生物電路的形式來產(chǎn)生預(yù)測效果［14］。目前，組件主要由DNA、RNA、蛋白質(zhì)等分子組成，可在電路中互換位置。通過重組、整合與鑒定，創(chuàng)造出全新生物模塊、網(wǎng)絡(luò)、體系和生物體細(xì)胞。合成生物學(xué)在大量科研案例中已有重大突破，如藥物研發(fā)，生產(chǎn)胰島素挽救糖尿病患者的生命［15-16］；能源生產(chǎn)，使用枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）有效地捕獲植物生物聚合物（如纖維素）中儲(chǔ)存的能量［17］；生物修復(fù)，設(shè)計(jì)微生物來修復(fù)一些最危險(xiǎn)的環(huán)境污染物，包括重金屬和沙林等神經(jīng)毒劑等［18］。乳酸菌作為當(dāng)今研究熱點(diǎn)，應(yīng)用合成生物學(xué)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改造，按照人類需求進(jìn)行相應(yīng)表達(dá)，對(duì)開發(fā)乳酸菌菌株有很大意義。

本文將總結(jié)乳酸菌在合成生物學(xué)領(lǐng)域的突出優(yōu)勢(shì)、構(gòu)建方法以及生產(chǎn)應(yīng)用，根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)工程化乳酸菌的利用價(jià)值，為其后續(xù)研究進(jìn)展、藥物開發(fā)等方面提供相應(yīng)依據(jù)［19-22］。

1 工程化乳酸菌的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)

合成生物學(xué)底盤即為可進(jìn)行基因改造及組件引入的受體微生物細(xì)胞，可為細(xì)胞生長及組件工作提供各種組分，且足夠穩(wěn)定以便能在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用［23］。目前大腸桿菌、銅綠假單胞菌等常被用作細(xì)胞底盤，其性能優(yōu)良，具有廣闊的設(shè)計(jì)空間、遺傳部位和調(diào)控元件，繁殖能力迅速且合成蛋白質(zhì)穩(wěn)定，可高度適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室條件［24］。但存在一些安全方面的擔(dān)憂：其一，這些細(xì)菌自身可能釋放內(nèi)毒素，存在未知的隱患問題；其二，這些細(xì)菌基因工程操作過程中主要應(yīng)用抗生素抗性基因作為選擇標(biāo)記，具有轉(zhuǎn)移到環(huán)境微生物中的風(fēng)險(xiǎn)，而工程化乳酸菌在合成生物學(xué)中具有巨大的優(yōu)勢(shì)。

1.1 安全性

乳酸菌作為食品工業(yè)中安全系數(shù)較高的細(xì)菌，廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)制造中，諸多實(shí)驗(yàn)證實(shí)其安全健康，不會(huì)產(chǎn)生致病物質(zhì)［25］。在分子改造中，需要具備系統(tǒng)性基因編輯的工具，要求其達(dá)到食品級(jí)別，對(duì)人體無毒無害［26］。同時(shí)，一些乳酸菌載體具有在窄宿主范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)制的特點(diǎn)，例如來自卷曲乳桿菌（Lactobacillus crispatus）的316 kb大小的質(zhì)粒載體，只能在它原始的宿主菌中才能復(fù)制；分離自羅伊氏乳桿菌（Lactobacillus reuteri）的載體pLUL631，其可在羅伊氏乳桿菌和發(fā)酵乳桿菌（Lactobacillus fermentum）與及其他受試的革蘭氏陽性菌中復(fù)制。這種特性使得細(xì)菌種間水平傳播發(fā)生的機(jī)會(huì)較少，更具安全性［27］。

1.2 革蘭氏陽性菌優(yōu)勢(shì)

目前合成生物學(xué)菌株的開發(fā)主要以革蘭氏陰性細(xì)菌為底盤細(xì)胞，其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，細(xì)胞壁薄易操作且基因組庫龐大。與革蘭氏陰性菌相比，革蘭氏陽性細(xì)菌的細(xì)胞壁較厚，可有效抑制機(jī)械損傷與滲透損傷，能否成功轉(zhuǎn)化是普遍關(guān)心的問題。在實(shí)際應(yīng)用中，革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)不適用于全部合成生物學(xué)系統(tǒng)，但一些革蘭氏陽性菌卻在研究過程中發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，如益生菌羅伊氏乳桿菌為革蘭氏陽性菌，其細(xì)胞壁可模仿金黃色葡萄球菌表征agr（accessory gene regulatory system）群體感應(yīng)的方式，來檢測金黃色葡萄球菌產(chǎn)生的群體感應(yīng)分子 自 誘 導(dǎo) 肽 -I（Autoinducer peptide-I，AIP-I）［20］。此外，乳酸菌不含有附著于細(xì)胞膜的脂多糖（Lipopolysaccharides，LPS）。LPS是革蘭氏陰性細(xì)菌外膜的組成部分，可導(dǎo)致細(xì)胞因子紊亂，從而引發(fā)心血管衰竭和血壓不穩(wěn)定，并最終導(dǎo)致致命性敗血癥綜合征［21］。人體攝入的乳酸菌，則不含有這種內(nèi)毒素，從而避免過敏性休克［22］，可將乳酸菌廣泛用于疾病治療中。

1.3 食品發(fā)酵特殊性

大腸桿菌、銅綠假單胞菌等在環(huán)境修復(fù)、污水治理等方面有較大可行性，但不適宜用于食品和醫(yī)藥領(lǐng)域。乳酸菌多用于發(fā)酵以及釀造生產(chǎn)，除了可以提高營養(yǎng)價(jià)值外，還兼?zhèn)淞水a(chǎn)生乳酸、蛋白質(zhì)、形成風(fēng)味物質(zhì)和產(chǎn)生抑菌物質(zhì)等作用［28］。現(xiàn)今國內(nèi)外對(duì)乳酸菌的研究越來越深入，在食品生產(chǎn)中可利用合成生物技術(shù)對(duì)乳酸菌進(jìn)行相應(yīng)改造，投入到發(fā)酵、釀造工業(yè)中，進(jìn)行定位定點(diǎn)發(fā)酵不易合成產(chǎn)物。例如，Rico等［29］構(gòu)建了插入乳酸脫氫酶ldh基因的LAB菌株，通過非外消旋法發(fā)酵L-乳酸，用作制藥與食品生產(chǎn)，生產(chǎn)效率極高。就目前乳酸菌研究現(xiàn)狀來看，可在其底盤上插入對(duì)抗腸胃疾病、糖尿病等疾病的特定基因，利用乳酸菌發(fā)酵原理，將藥物性能體現(xiàn)在乳制品中，方便高效，同時(shí)增強(qiáng)口感，為食品與藥物發(fā)展提供新思想。

1.4 腸道內(nèi)定植性

乳酸菌可以在宿主體內(nèi)進(jìn)行定植。其發(fā)揮作用的前提是可以到達(dá)腸道后進(jìn)行黏附，與宿主腸上皮細(xì)胞牢固結(jié)合，避免其被胃酸、膽汁等胃腸道分泌的液體和腸道的蠕動(dòng)所清除。而后乳酸菌充分適應(yīng)腸道環(huán)境，進(jìn)行繁殖，在黏附膜表面形成微生物膜，防止外來菌入侵，保護(hù)腸黏膜的健康。Russo等［30］使用斑馬魚模型研究了乳酸益生菌在體內(nèi)定植能力。利用植物乳桿菌Lp90，植物乳桿菌B2和發(fā)酵乳桿菌PBCC11.5中的pRCR12質(zhì)粒進(jìn)行熒光標(biāo)記，從而監(jiān)測乳酸菌的黏附定能力結(jié)果發(fā)現(xiàn)，乳酸菌可快速定植且植物乳桿菌菌株表現(xiàn)出更強(qiáng)的黏附能力。Prado-Rebolledo等［31］研究了乳酸菌對(duì)肉雞腸道沙門氏菌腸炎沙門氏菌腸道定植和腸道通透性的影響，將食用乳酸菌與腸炎沙門氏菌肉雞組和食用對(duì)照與腸炎沙門氏菌肉雞組進(jìn)行比較，觀察到盲腸中腸炎沙門氏菌數(shù)量的減少，且在實(shí)驗(yàn)的72 h周期內(nèi)，乳酸菌可穩(wěn)定定植。乳酸菌在腸道內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定快速定植對(duì)其益生作用具有很大的意義。

2 乳酸菌合成生物學(xué)發(fā)展進(jìn)程

乳酸菌的應(yīng)用歷史十分久遠(yuǎn)，但人類能夠科學(xué)地研究并利用乳酸菌卻始于19世紀(jì)中葉。而對(duì)于乳酸菌合成生物學(xué)研究而言，在30多年發(fā)展期間有著重大突破。

2.1 乳酸菌基因敲除階段

20世紀(jì)末期，隨著分子生物學(xué)逐漸發(fā)展，人們更加清晰地了解了乳酸菌在遺傳基因水平的代謝規(guī)律。早期人們運(yùn)用基因敲除技術(shù)研究乳酸菌功能作用。例如，F(xiàn)erain等［32］將兩個(gè)ldh基因敲除掉，研究其對(duì)植物乳桿菌中肽聚糖前體合成的影響。2001年，Bolotin等［33］完成了對(duì)乳酸乳球菌乳酸亞種IL1403的測序。這是對(duì)于乳酸菌的第一例測序，在這個(gè)過程中發(fā)現(xiàn)乳酸菌基因組中存在某些非必需基因，如次級(jí)代謝物基因簇、冗余序列等［34］。在這個(gè)過程中發(fā)現(xiàn)可將非必需基因敲除掉，促進(jìn)乳酸菌基因組的簡化，同時(shí)基因敲除技術(shù)可提高乳球菌染色體在遺傳分析中作用的成功率［35］，使得乳酸菌更容易適應(yīng)豐富的營養(yǎng)環(huán)境［36］。在這一時(shí)期，乳酸菌基因改造中研究最多的為篩選標(biāo)記基因，如紅霉素［37］、氯霉素［38］等標(biāo)記基因，這對(duì)鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因起到識(shí)別與篩選作用。而經(jīng)過基因改造過的細(xì)菌，在1987年Flickinger等［39］首次報(bào)道的乳酸菌電轉(zhuǎn)化方法中，可成功轉(zhuǎn)化到乳酸菌底盤中。這些研究為乳酸菌基因工程的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2 工程化乳酸菌階段

隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展熱潮，對(duì)乳酸菌的研究較多為乳酸菌基因工程技術(shù)或工程化乳酸菌技術(shù)。在這一時(shí)期，乳酸菌載體構(gòu)建及應(yīng)用成為該領(lǐng)域研究的前沿和熱點(diǎn)。乳酸菌重組需要用到特定的重組基因載體質(zhì)粒，將相應(yīng)片段進(jìn)行酶切，同時(shí)連接上目的基因片段，在質(zhì)粒上進(jìn)行基因改造。乳酸菌重組技術(shù)具有周期短、代謝快等特點(diǎn)。在這個(gè)過程中，其對(duì)于食品工業(yè)發(fā)展有重要作用，如高效過量產(chǎn)生胞外聚合物（Extracellular polymeric substances，EPS），可改善酸奶品質(zhì)［40］；乳球菌菌株代替添加α-酮戊二酸來改善奶酪的香氣［41］；增加肽酶活性，可縮短干酪成熟期，生產(chǎn)具有改善特性的特殊奶酪［42］。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，電轉(zhuǎn)化成功率存在弊端，Rattanachaikunsopon團(tuán)隊(duì)［43］研究了一種利用玻璃珠震蕩產(chǎn)生能量的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其轉(zhuǎn)化效率大大提高。這一時(shí)期為向合成生物學(xué)轉(zhuǎn)化的過渡時(shí)期，重組乳酸菌的研究在逐漸向應(yīng)用方面發(fā)展。

2.3 乳酸菌合成生物學(xué)階段

發(fā)展至今，乳酸菌合成生物學(xué)逐漸替代傳統(tǒng)改造基因的概念，不僅能夠優(yōu)化乳酸菌菌種，構(gòu)建遺傳密碼，提高對(duì)底物和能量的利用效率，同時(shí)也可以利用宿主體內(nèi)自身代謝機(jī)制，通過外源物質(zhì)刺激進(jìn)行宿主自身調(diào)控。在這個(gè)階段乳酸菌可以使用不同表達(dá)系統(tǒng)的載體質(zhì)粒，還可對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，強(qiáng)啟動(dòng)子［44］的鑒別與篩選使得質(zhì)粒可高效表達(dá)，提高其對(duì)外界環(huán)境的抗干擾性。除對(duì)表達(dá)元件進(jìn)行了優(yōu)化，載體構(gòu)建開始考慮在食品生產(chǎn)應(yīng)用中易存在的缺陷，食品級(jí)乳酸菌表達(dá)載體的構(gòu)建得到研究者的重視［45-46］。這個(gè)過程中，醫(yī)學(xué)與生物學(xué)方面得到乳酸菌合成生物學(xué)技術(shù)的支持，例如乳酸菌分泌胰高血糖素樣肽-1（Glucagon-likepeptide1，GLP-1）使大鼠的血糖明顯下降［47］；重組乳酸乳球菌 NZ9000預(yù)防高血糖癥［48］等（圖1）。因此21世紀(jì)初期，研究人員致力于通過對(duì)乳酸菌基因組學(xué)的研究及基因工程技術(shù)的應(yīng)用，改良現(xiàn)有的乳酸菌菌種，從而選育出集多種優(yōu)勢(shì)基因的對(duì)社會(huì)帶來更大效益的乳酸菌新菌種。

3 乳酸菌合成構(gòu)建的方法

對(duì)于一個(gè)生物系統(tǒng)來說，層次化的結(jié)構(gòu)是構(gòu)成整體的本質(zhì)。具有一定功能的DNA序列可組成最簡單基因表達(dá)元件（Part）；不同功能的基因表達(dá)元件按照一定的邏輯和物理順序連接組成復(fù)雜的生物裝置（Decice）；而不同功能的生物裝置協(xié)同運(yùn)作組成更加復(fù)雜的生物系統(tǒng)（System），含有多種不同功能系統(tǒng)的生物體彼此通訊互相協(xié)調(diào)組成更復(fù)雜的多細(xì)胞或細(xì)胞群體生物系統(tǒng)。因此，工程化乳酸菌表達(dá)元件的設(shè)計(jì)、載體的選擇，以及最終的轉(zhuǎn)化、整合變得十分重要。

3.1 表達(dá)元件設(shè)計(jì)

合成生物學(xué)的特點(diǎn)即為簡便性和標(biāo)準(zhǔn)化，通過建立標(biāo)準(zhǔn)化的生物元件，形成規(guī)模體系，從而完成構(gòu)建過程，達(dá)到生物合成的目的［49］。在設(shè)計(jì)細(xì)菌表達(dá)載體時(shí)，需要具備幾個(gè)結(jié)構(gòu)元件，如啟動(dòng)子（Promoter）、核糖體結(jié)合位點(diǎn)（Ribosome binding site）、終止子（Terminator）、操縱子（Operon）等調(diào)控元件，同時(shí)需要質(zhì)粒載體骨架序列及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域等，實(shí)現(xiàn)基因電路的表達(dá)。

現(xiàn)如今已經(jīng)從乳酸菌中分離出大量不同強(qiáng)度的組成型啟動(dòng)子和終止子在菌種中進(jìn)行表達(dá)。植物乳桿菌可在工業(yè)、醫(yī)學(xué)及生物技術(shù)領(lǐng)域中表達(dá)重組蛋白，而表達(dá)水平的控制關(guān)鍵取決于啟動(dòng)子強(qiáng)度、基因拷貝及翻譯效率。Tauer等［44］從植物乳桿菌033和布氏乳桿菌（Lactobacillus buchneri）034中分離出強(qiáng)啟動(dòng)子（如轉(zhuǎn)錄延伸因子啟動(dòng)子），在植物乳桿菌033中都可用于表達(dá)蛋白質(zhì)，且在同等條件下，高拷貝數(shù)的復(fù)制起點(diǎn)使表達(dá)量增加了兩倍。同時(shí)使用誘變啟動(dòng)子的方法，可以使乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）和植物乳桿菌產(chǎn)生更加龐大的組成型啟動(dòng)子文庫。

3.2 載體的選擇

要形成一個(gè)完整的系統(tǒng)，就需要載體來承載各種元件。載體是指按照人類意愿有目的地進(jìn)行改造，攜帶外源基因，可創(chuàng)建生物遺傳性的運(yùn)載工具。這種運(yùn)載工具需要具備自主復(fù)制能力，且有高效存活率，方便操作，易于識(shí)別等特點(diǎn)。乳酸菌作為廣泛作用的益生菌，其表達(dá)載體主要可分為非食品級(jí)乳酸菌表達(dá)載體和食品級(jí)乳酸菌表達(dá)載體兩類［45-46，50］。為了達(dá)到篩選特定菌株的目的，通常會(huì)將具有抗性篩選標(biāo)記的基因連接在載體上，得到相應(yīng)特定菌株［51］。這樣的載體通常為非食品級(jí)乳酸菌表達(dá)載體，其中常見的抗性篩選基因?yàn)榧t霉素及氯霉素等基因，易轉(zhuǎn)移到環(huán)境與內(nèi)源微生物中。

圖1 乳酸菌合成生物學(xué)發(fā)展進(jìn)程

在食品工業(yè)生產(chǎn)中，為了避免因食品安全引發(fā)的問題，載體必須為食品級(jí)乳酸菌表達(dá)載體，遺傳特性清楚，且能穩(wěn)定遺傳，可為人類食用。近幾年人們就食品工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用來研究乳酸菌食品級(jí)載體，將食品級(jí)選擇標(biāo)記基因轉(zhuǎn)入載體中。例如，以乳酸乳球菌 NZ3900為宿主菌的食品級(jí)乳酸菌表達(dá)載體 pNZ8149［45］，大小為 2.5 kb，在NcoⅠ位點(diǎn)后攜帶有Nisin誘導(dǎo)的啟動(dòng)子PnisA，并含有l(wèi)acF基因，而它則以乳糖作為選擇標(biāo)記，通過乳糖物質(zhì)進(jìn)行篩選。Takala等［46］構(gòu)建的乳酸菌食品級(jí)質(zhì)粒pLEB590，主要由pSH71復(fù)制子，抗性nisI基因和用于nisI表達(dá)的組成型啟動(dòng)子P45組成。之后將質(zhì)粒pLEB590成功電轉(zhuǎn)乳酸乳球菌和植物乳桿菌中，發(fā)現(xiàn)pLEB590這一食品級(jí)別載體在兩種底盤中都可以進(jìn)行成功表達(dá)。這些研究表明，食品級(jí)選擇標(biāo)記基因已進(jìn)行了大量研究，將其插入載體上可得到安全系數(shù)較高的乳酸菌，可滿足人類對(duì)食品生產(chǎn)的要求，同時(shí)便于識(shí)別篩選，簡化合成生物學(xué)的操作。

3.3 轉(zhuǎn)化方法

在合成生物學(xué)中，當(dāng)載體上插入相應(yīng)啟動(dòng)子、報(bào)告基因、核糖體結(jié)合位點(diǎn)及終止子等元件后，要想使其進(jìn)行相應(yīng)表達(dá)，則需要通過轉(zhuǎn)化將載體DNA導(dǎo)入到細(xì)菌底盤中。這一步是使得宿主細(xì)胞含有目的基因最關(guān)鍵的一步。合成生物學(xué)中最常用的大腸桿菌在進(jìn)行轉(zhuǎn)化時(shí)通常使用熱激法。但由于乳酸菌有較厚的細(xì)胞壁，可阻礙DNA分子進(jìn)入細(xì)菌，普通熱激法無法有效地使外源DNA進(jìn)入受體細(xì)胞，因此尋找行之有效的方法變得尤為重要。

目前報(bào)道的乳酸菌轉(zhuǎn)化方法主要有3種，原生質(zhì)體轉(zhuǎn)化法、電轉(zhuǎn)化法以及玻璃珠轉(zhuǎn)化法。前者操作復(fù)雜且轉(zhuǎn)化率低，無法在工業(yè)化生產(chǎn)中得到廣泛使用。1987年，F(xiàn)lickinger等［39］首次報(bào)道了對(duì)干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）的電轉(zhuǎn)化，這是一次值得鼓舞的進(jìn)步。然而乳酸菌電轉(zhuǎn)化方法容易受到諸多因素的影響，例如細(xì)胞弱化劑的種類及濃度、細(xì)胞的生長狀態(tài)、電擊條件、質(zhì)粒濃度、質(zhì)粒本身構(gòu)建條件等。目前已有的研究多是在細(xì)胞弱化劑、細(xì)胞生長狀態(tài)、電擊條件等方面進(jìn)行優(yōu)化與完善。如賈士芳等［52］對(duì)嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus）JL-1的電轉(zhuǎn)化條件進(jìn)行了研究，指出使用氨芐青霉素處理轉(zhuǎn)化受體能有效提高轉(zhuǎn)化效率，而使用甘氨酸處理則無顯著影響。

雖然電轉(zhuǎn)化法被認(rèn)為是一種流行的乳酸菌轉(zhuǎn)化方法，但其設(shè)備昂貴、轉(zhuǎn)化效率低。玻璃珠轉(zhuǎn)化法是在DNA和聚乙二醇存在下，將細(xì)菌原生質(zhì)體與玻璃珠進(jìn)行攪拌，使得載體轉(zhuǎn)入細(xì)菌底盤中。Rattanachaikunsopon等［43］通過使用革蘭氏陽性細(xì)菌作為pGK12的受體進(jìn)行玻璃珠轉(zhuǎn)化（pGK12是攜帶紅霉素抗性基因的4.4 kb大腸桿菌/乳球菌穿梭載體），將其成功轉(zhuǎn)化到糞腸球菌TISTR 927、干酪乳桿菌ATCC 393、乳酸乳球菌DSM 20481、葡聚糖鏈球菌ATCC 19255、無害李斯特菌DSM 20649、金黃色葡萄球菌ATCC 25923和肺炎鏈球菌ATCC 10015中。之后，該團(tuán)隊(duì)再次利用pGK12質(zhì)粒，運(yùn)用玻璃珠轉(zhuǎn)化法將其成功轉(zhuǎn)化到葡聚糖明串珠菌ATCC 19255乳酸菌菌株中［53］。這一發(fā)現(xiàn)，使得乳酸菌轉(zhuǎn)化提高了重復(fù)性與效率，通過不斷優(yōu)化與改進(jìn)，可將其運(yùn)用到工業(yè)生產(chǎn)中。

3.4 基因編輯技術(shù)

目前，基因編輯技術(shù)逐步成為合成生物學(xué)主要技術(shù)之一?；蚓庉嬍侵笇?duì)目的基因進(jìn)行插入、敲除或替換等方式，來滿足人類特定需要的技術(shù)。

3.4.1 同源重組 早在20世紀(jì)80年代，發(fā)展起一種新型分子生物學(xué)技術(shù)手段，即為基于同源重組的基因敲除技術(shù)。同源重組依賴于基因同源序列的聯(lián)會(huì)，DNA分子間或者分子內(nèi)交換對(duì)等的部分，發(fā)生重新組合。運(yùn)用這種技術(shù)，可將乳酸菌的代謝流向發(fā)生改變，食品工業(yè)生產(chǎn)中能有效降低發(fā)酵成本，提高產(chǎn)物的生產(chǎn)水平及純度。乳酸鏈球菌（Streptococcus Lactis）712的乳糖質(zhì)粒容易發(fā)生缺失現(xiàn)象，對(duì)于外源基因轉(zhuǎn)化進(jìn)入菌株中的方法來說，存在弊端，因此將乳酸鏈球菌712、乳酸鏈球菌C2和乳脂鏈球菌（Streptococcus cremoris）C3乳糖質(zhì)粒的乳糖和蛋白酶基因進(jìn)行轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而插入染色體中，構(gòu)建擴(kuò)大的乳糖質(zhì)粒［54］。Leenhouts等［35］則進(jìn)行同源重組單交換雙交換進(jìn)行基因敲除，并將其稱之為Campbell型整合，在乳酸乳球菌中對(duì)Campbell型質(zhì)粒進(jìn)行基因敲除，可提高乳球菌在遺傳分析中的染色體改造成功率，同時(shí)有助于穩(wěn)定乳球菌中的不穩(wěn)定基因。

3.4.2 單鏈DNA（ssDNA）重組工程 同源重組技術(shù)雖然得到廣泛的應(yīng)用，但是其中的工具大多用于單基因操作，而在基因組突變中，如通路工程和基因電路工程突變中，則需要額外的工具［55］。一些運(yùn)用于工業(yè)與醫(yī)學(xué)的細(xì)菌菌株，需要高效且精準(zhǔn)的進(jìn)行編輯基因組來及時(shí)改善，增強(qiáng)效果。在各種乳酸菌中，可以通過ssDNA重組工程在染色體中產(chǎn)生突變來實(shí)現(xiàn)［56］。ssDNA重組工程是一種在細(xì)菌染色體上進(jìn)行細(xì)微變化的技術(shù)，其中表達(dá)單鏈DNA結(jié)合蛋白（RecT或Bet）的細(xì)胞是通過寡核苷酸進(jìn)行轉(zhuǎn)化，而該寡核苷酸主要通過退火和復(fù)制進(jìn)行結(jié)合。Van Pijkeren等［57］首先鑒定了乳桿菌屬和乳酸乳球菌屬中的ssDNA結(jié)合蛋白同源物，之后為了評(píng)估能否進(jìn)一步提高羅伊氏乳桿菌ATCC PTA 6475的重組工作效率，就在該菌株中表達(dá)了幾種RecT同源物。其中來自糞腸球菌（Enterococcus faecalis）19的RecT與天然RecT蛋白相比產(chǎn)生相當(dāng)?shù)男?，但是其他蛋白沒有提高重組率。因此他們通過增加寡核苷酸濃度以及使用含有硫代磷酸酯鍵的寡核苷酸，成功地將乳酸乳球菌的重組工作效率提高了10倍。該研究表明通過ssDNA重組工程對(duì)乳酸菌進(jìn)行定向遺傳修飾可以簡化菌株改良的步驟，提高其工作效率及成功率。

同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，ssDNA重組工程可誘導(dǎo)噬菌體衍生 ssDNA 結(jié)合蛋白（RecT或 β）的表達(dá)［58-60］。當(dāng)寡核苷酸存在于細(xì)胞中，ssDNA可結(jié)合蛋白對(duì)寡核苷酸進(jìn)行保護(hù)作用，避免其被宿主核酸酶降解，有助于寡核苷酸與模板DNA形成復(fù)合物［61-62］。這對(duì)于基因編輯技術(shù)而言，又得到了進(jìn)一步的提升。

3.4.3 ssDNA重組工程結(jié)合CRISPR-Cas9技術(shù) 在新物種中建立ssDNA重組工作并非易事。例如，在沒有選擇的情況下可以產(chǎn)生突變的菌株很少。目前研究更多是將ssDNA重組工程與CRISPR-Cas9技術(shù)相結(jié)合，可極大程度上提高突變效率。例如，羅伊氏乳桿菌ssDNA結(jié)合蛋白（RecT）可通過寡核苷酸與DNA復(fù)制叉滯后鏈雜交的方式來促進(jìn)誘變，而Cas9核酸酶靶向野生型基因序列進(jìn)行消除，從而富集突變等位基因［63］。此外，CRISPR-Cas9系統(tǒng)也可以與同源重組等基因改造技術(shù)相結(jié)合，提高基因敲除或基因編輯的效率。

4 乳酸菌合成生物學(xué)的應(yīng)用

隨著合成生物學(xué)的發(fā)展，乳酸菌作為載體傳遞系統(tǒng)，在醫(yī)療、生物等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，同時(shí)可利用乳酸菌產(chǎn)生乳酸這一特性，發(fā)揮其在發(fā)酵、釀造等食品生產(chǎn)方面作用，為食品行業(yè)帶來新的機(jī)遇。此外，在乳酸菌研究過程中，融入了人與自然概念，使其在環(huán)境治理、修復(fù)方面擁有重大突破，因此對(duì)其進(jìn)行合成生物學(xué)技術(shù)改造，可使其在自然科學(xué)方面繼續(xù)發(fā)揮作用。

4.1 傳感器

近年來，合成生物學(xué)廣泛用來設(shè)計(jì)各種微生物，這種重組微生物具有治療疾病、抑制癌癥和治療病原體等能力，主要作為載體運(yùn)送藥物。然而合成生物學(xué)最重要的一點(diǎn)是可以響應(yīng)細(xì)菌群體感應(yīng)分子，從而進(jìn)行自身調(diào)控。在以前的研究中，微生物已被設(shè)計(jì)用于響應(yīng)來自革蘭氏陰性病原體的群體感應(yīng)分子，例如銅綠假單胞菌，而關(guān)于使用革蘭氏陽性菌微生物來感知群體感應(yīng)的研究很少。Borrero等［64］在乳酸乳球菌中構(gòu)建pCF10載體，其中插入腸球菌素A，和腸球菌素P等基因，產(chǎn)生并分泌抗性肽，可特異性靶向檢測腸球菌且抑制多藥抗性屎腸球菌菌株的生長。而David等［20］構(gòu)建工程化羅伊氏乳桿菌調(diào)控系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)組成型啟動(dòng)子slp，可表達(dá)agrC，agrA；組成型啟動(dòng)子P3可持續(xù)表達(dá)β-葡糖醛酸糖苷酶，這種酶可跨膜到細(xì)菌體外，使4-硝基苯基-β-D-葡糖苷酸轉(zhuǎn)化成黃色色素，從而進(jìn)行測定金黃色葡萄球菌產(chǎn)生的群體感應(yīng)分子自誘導(dǎo)肽-I（AIP-I）。

利用乳酸菌合成生物學(xué)作為傳感器檢測濃度范圍廣，對(duì)低濃度物質(zhì)十分靈敏，同時(shí)在檢測過程中省時(shí)省力，避免大型儀器測樣的繁雜程序，這對(duì)于疾病的診斷及定量測定具有極大意義。

4.2 疾病治療

由于生活節(jié)奏加快，導(dǎo)致腸胃炎癥、肥胖、糖尿病等疾病已成為當(dāng)今社會(huì)流行性疾病。普通治療方法如藥物治療、手術(shù)治療等存在花費(fèi)高、風(fēng)險(xiǎn)大等隱患，存在一定副作用。乳酸菌合成生物學(xué)的發(fā)展為疾病治療及藥物傳遞提供了可能性［65］。

早在20世紀(jì)末，乳酸菌合成生物學(xué)在醫(yī)療方面已經(jīng)創(chuàng)造了新方向，其利用重組乳酸菌進(jìn)行基因改造，作為運(yùn)輸載體進(jìn)入體內(nèi)后，可以表達(dá)對(duì)應(yīng)疫苗，使機(jī)體產(chǎn)生抵抗感染的免疫反應(yīng)，以達(dá)到預(yù)防疾病的目的，如Robinson等［66］設(shè)計(jì)重組乳酸乳球菌MG1363表達(dá)破傷風(fēng)毒素，可進(jìn)行治療破傷風(fēng)。而Steidler團(tuán)隊(duì)［67］則對(duì)治療結(jié)腸炎進(jìn)行研究，利用乳酸乳球菌分泌白細(xì)胞介素-10治療小鼠結(jié)腸炎。而后Xin團(tuán)隊(duì)［68］對(duì)于口服輸送疫苗有了新發(fā)現(xiàn)，通過用表達(dá)HIV Env的痘苗病毒攻擊小鼠腹膜，發(fā)現(xiàn)此組小鼠病毒載量比對(duì)照小鼠低350倍，證明該策略對(duì)HIV免疫應(yīng)答過程中具有抑制功效。這些實(shí)驗(yàn)證明乳酸菌合成生物學(xué)在醫(yī)療方面發(fā)揮了突出作用，將口服作為另外一種運(yùn)輸途徑，可進(jìn)行與傳統(tǒng)穿刺方式不同的免疫作用，使得疫苗具有穩(wěn)定代謝途徑。

利用乳酸菌合成生物學(xué)進(jìn)行治療疾病是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。在之后研究過程中，治療炎癥性腸病成為研究重點(diǎn)。這種由胃腸道炎癥引起的特發(fā)性疾病，會(huì)引起急性或慢性腹痛、血性腹瀉、體重減輕、發(fā)燒、疲勞和食欲不振等現(xiàn)象［69］。目前針對(duì)炎癥性腸病的治療方法仍未確定，通常是對(duì)癥治療，旨在維持患者無癥狀。超氧化物歧化酶（SODs）可將超氧陰離子轉(zhuǎn)化為過氧化氫（H2O2），其被認(rèn)為是抵抗氧化應(yīng)激的主要防御措施。然而，在炎癥性腸病治療中由于SOD短循環(huán)半衰期僅5至10 min，治療過程中易受到阻礙，因此Han團(tuán)隊(duì)［70］設(shè)計(jì)了pNZ804sodA質(zhì)粒，其可由nisA啟動(dòng)子控制，表達(dá)sodA基因從而獲得MnSOD，之后將該質(zhì)粒轉(zhuǎn)化到乳酸乳球菌NZ9800和植物乳桿菌NCIMB8826 Int-1菌株上，發(fā)現(xiàn)炎癥性腸病大鼠癥癥狀減輕。而Pang團(tuán)隊(duì)［71］通過給予口服分泌抗TNF納米抗體的乳酸乳球菌，在慢性結(jié)腸炎中顯示出治療功效；Motta等［72］設(shè)計(jì)表達(dá)Elafin的重組乳酸菌可防止炎癥并恢復(fù)結(jié)腸穩(wěn)態(tài)。將這種重組乳酸菌作為載體，其在腸道內(nèi)可進(jìn)行定植，安全高效，在人體內(nèi)能夠長時(shí)間表達(dá)，這對(duì)作用于胃腸黏膜進(jìn)行治療炎癥有突出貢獻(xiàn)。

工程化乳酸菌同時(shí)存在治療糖尿病的潛力。糖尿病主要分為1型糖尿病與2型糖尿病，其可通過免疫功能紊亂、微生物感染等致病因子致使機(jī)體胰島功能減退，造成代謝紊亂。其中1型糖尿病是一種自身免疫性疾病，可逐漸破壞產(chǎn)生胰島素的β細(xì)胞。Ma團(tuán)隊(duì)［48］構(gòu)建的質(zhì)粒，即乳酸乳球菌菌株NZ9000工程化表達(dá)HSP65-6P277，調(diào)控β細(xì)胞分泌胰島素，改善葡萄糖耐量，減少胰島炎。而胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）是一種腸降血糖素，同樣能夠增強(qiáng)胰島素分泌，成為治療2型糖尿病主要治療劑。Agarwal等［47］構(gòu)建了LL-pUBGLP-1質(zhì)粒，其上插入GLP-1基因片段，可分泌胰高血糖素樣肽-1，使得大鼠的血糖明顯下降，可預(yù)防高血糖癥。傳統(tǒng)口服降血糖藥物容易產(chǎn)生過敏現(xiàn)象，產(chǎn)生耐藥性，同時(shí)會(huì)對(duì)肝臟系統(tǒng)造成損傷，而重組乳酸菌進(jìn)入胃腸道后，可進(jìn)行表達(dá)相應(yīng)肽，進(jìn)行定點(diǎn)輸送，提高機(jī)體自身免疫功能，這對(duì)于治療糖尿病開辟了新的道路。

而在社會(huì)發(fā)展過程中，癌癥作為三大致死疾病之一，其發(fā)病率不斷上升，同時(shí)根據(jù)以往實(shí)驗(yàn)觀察，發(fā)現(xiàn)其與慢性炎癥息息相關(guān)。在這個(gè)過程中，乳酸菌介入治療的方法被不斷深入研究。目前已經(jīng)從乳酸菌菌體細(xì)胞［73］、細(xì)胞質(zhì)成分［74］等多方面證實(shí)乳酸菌存在抗癌作用。面對(duì)此現(xiàn)象，將乳酸菌進(jìn)行合成生物學(xué)改造十分有必要，主要還是存在缺少特異性菌株、篩選繁復(fù)等問題。若將現(xiàn)有研究抗癌相關(guān)機(jī)理研究透徹，利用分子生物學(xué)技術(shù)、基因工程等手段對(duì)DNA進(jìn)行改造，乳酸菌菌株可實(shí)現(xiàn)利用最大化，對(duì)醫(yī)學(xué)進(jìn)展也是一個(gè)極大的突破。

4.3 食品工業(yè)

乳酸菌作為重要的食品微生物，可在食品生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，如酸奶發(fā)酵、干酪成熟、生產(chǎn)乳酸等。如今消費(fèi)者對(duì)乳制品的產(chǎn)品質(zhì)量要求較高，而提高質(zhì)量的方法通常通過增加脂肪、糖、蛋白質(zhì)或穩(wěn)定劑（如果膠，淀粉，藻酸鹽或明膠）的含量來實(shí)現(xiàn)。然而調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，人類對(duì)于營養(yǎng)與健康有了新的見解，尋找更加高效、低脂肪、低糖、低添加劑方法成為乳制品的一個(gè)新挑戰(zhàn)。

胞外多糖是乳酸菌生長代謝過程中分泌的一種糖類化合物，可改善發(fā)酵乳制品（例如酸奶）的流變性、質(zhì)地和口感，但其存在產(chǎn)量低，菌株穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)［75-76］。Felipe等［40］發(fā)現(xiàn)，質(zhì)粒 pNZ8020插入nox-2基因，由內(nèi)源性nisA啟動(dòng)子控制可實(shí)現(xiàn)NADH氧化酶的過量產(chǎn)生，從而產(chǎn)生過量胞外多糖。這些發(fā)現(xiàn)為工業(yè)化生產(chǎn)胞外多糖提供了便利條件。

干酪作為乳制品中的代表食品，對(duì)其品質(zhì)的研究不在少數(shù)。為增加干酪風(fēng)味，可通過質(zhì)粒自我復(fù)制后，在乳酸菌中過表達(dá)肽酶基因?qū)崿F(xiàn)干酪成熟。將pepN、pepC、pepX、pepI表達(dá)肽酶基因結(jié)合到瑞士乳桿菌pFG1中，該食品級(jí)載體轉(zhuǎn)入乳酸乳球菌DN209和NM1后，發(fā)現(xiàn)工程化乳酸乳球菌與野生型乳酸乳球菌相比，可以增加肽酶活性，縮短干酪成熟期，生產(chǎn)具有改善特性的特殊奶酪（如減脂奶酪）［42］。此外，氨基酸的酶促降解在風(fēng)味干酪的開發(fā)中起重要作用。編碼谷氨酸脫氫酶的解淀粉芽孢桿菌的gdh基因可轉(zhuǎn)入乳酸乳球菌中進(jìn)行表達(dá)，使得谷氨酸高效表達(dá)，從而產(chǎn)生大量α-酮戊二酸［41］。實(shí)驗(yàn)證明可以使用產(chǎn)生GDH的乳球菌菌株代替添加α-酮戊二酸來改善奶酪的香氣。

對(duì)于乳酸菌發(fā)酵而言，乳酸是碳水化合物快速轉(zhuǎn)化后易得產(chǎn)物。乳酸主要可分為D-乳酸和L-乳酸。其中D-乳酸不被人代謝，而L-乳酸是食品生物技術(shù)應(yīng)用中最重要的異構(gòu)體，也是制藥和生物聚合物工業(yè)中最重要的異構(gòu)體。因此需要尋找特定方法進(jìn)行定向高效生產(chǎn)L-乳酸。除使用合理的代謝工程方法之外，還可通過遞歸原生質(zhì)體融合的經(jīng)典菌株改良方法（亞硝基胍和紫外誘變）與全基因組改組相結(jié)合，增強(qiáng)乳酸的產(chǎn)生。這種方式可分離乳桿菌工業(yè)菌株的改組菌株，使其在pH4.0條件下產(chǎn)生比野生型多三倍的乳酸［77］。對(duì)于益生菌乳桿菌來說，可通過遺傳操作，增強(qiáng)乳酸菌菌株的健康屬性、開發(fā)新的益生菌活性，同時(shí)可深層次理解潛在分子機(jī)制。

4.4 生物再生能源

由于環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，能源可持續(xù)發(fā)展成為日益關(guān)注的問題［78-79］。近年來，利用微生物大規(guī)模生產(chǎn)可再生生物燃料引起了人們的極大關(guān)注，主要是由于石油燃料逐漸短缺引起的，且石油基燃料過度使用產(chǎn)生有害氣體，嚴(yán)重污染了環(huán)境，導(dǎo)致全球氣候變暖等諸多生態(tài)問題。因此代謝工程與乳酸菌合成生物學(xué)發(fā)展可以使非天然生物燃料生產(chǎn)清潔生物燃料。

面對(duì)石油能源不可再生問題，醇作為可燃能源已得到大力支持。丁醇已成為公認(rèn)的優(yōu)質(zhì)生物燃料，其比乙醇蓄積能量豐富，并且可以直接用作投入燃料，無需改變發(fā)動(dòng)機(jī)［80］。傳統(tǒng)的生物燃料用糧食作物生產(chǎn)［81］，如今丁醇可以通過革蘭氏陽性梭菌屬物種發(fā)酵底物來生產(chǎn)。然而，為了在工業(yè)規(guī)模上有利地生產(chǎn)丁醇，需要具有增加丁醇耐受性的新型微生物來提高效率。Liu等［82］通過對(duì)丁醇微生物分離與選擇，發(fā)現(xiàn)卷曲乳酸桿菌 NE-L 0206-47和融合乳桿菌（Weissella confusa）BR0216-18能夠在3%-4%丁醇中長期適應(yīng)生長。同時(shí)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)是世界上最豐富的底物類型，經(jīng)濟(jì)節(jié)約且可再生，但是使用微生物將木質(zhì)纖維素原料轉(zhuǎn)化為第二代能源產(chǎn)品尚未在商業(yè)上大規(guī)模使用，因此需要進(jìn)行大量篩選實(shí)驗(yàn)，以確定菌株對(duì)來自木質(zhì)纖維素生物質(zhì)預(yù)處理的各種抑制劑的耐受性水平，以及它們利用各種糖底物（包括戊糖和己糖）的能力。這些實(shí)驗(yàn)證實(shí)乳酸菌的發(fā)酵能力在生產(chǎn)生物能源方面得到肯定，同時(shí)可以作為催化劑進(jìn)行工業(yè)加工。

乳酸菌可進(jìn)行生產(chǎn)生物燃料，但是其生產(chǎn)率仍然非常低，并且包括耐受性等因素需要進(jìn)一步改進(jìn)。乳酸菌本身可在酸性條件下進(jìn)行存活與作用，醇存在時(shí)也可進(jìn)行相應(yīng)代謝，但當(dāng)pH值過低、溫度變化大、醇醛等物質(zhì)含量過高條件下，乳酸菌生物活性受到抑制，這些因素可稱為毒殺乳酸菌的外界因子，因此合成生物學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)可以應(yīng)對(duì)這種缺陷。在載體質(zhì)粒上插入抗酸、抗醇等基因片段，對(duì)密碼子進(jìn)行優(yōu)化，啟用高拷貝數(shù)啟動(dòng)子等應(yīng)對(duì)措施，這些因素都可在今后實(shí)驗(yàn)研究中得到逐步證實(shí)。

5 展望

乳酸菌合成生物學(xué)作為新興的研究學(xué)科，起步較晚，但研究頗豐，越來越受到科研人員的重視。它將科學(xué)與工程結(jié)合在一起，融匯多種領(lǐng)域的內(nèi)容，將DNA、RNA、蛋白質(zhì)等分子結(jié)合，創(chuàng)造出全新體系，從而滿足人類需求。面對(duì)大眾對(duì)于基因工程擔(dān)憂，乳酸菌作為食品級(jí)別細(xì)菌在自然界分布廣泛，可用于食品加工，對(duì)食品安全有保障，并且一些乳酸菌對(duì)人體健康有促進(jìn)作用，因此對(duì)乳酸菌進(jìn)行工程化設(shè)計(jì)，可緩解人類對(duì)于重組細(xì)菌的憂慮。目前乳酸菌合成生物學(xué)在大量的科研案例中有重大突破，可生產(chǎn)藥物、促進(jìn)食品工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境修復(fù)以及降解污染物等。

乳酸菌合成生物學(xué)與基因工程同時(shí)需要構(gòu)建載體，表達(dá)目的基因，但其最大的區(qū)別在于合成生物學(xué)翻譯蛋白同時(shí)，要充分調(diào)動(dòng)宿主自身代謝機(jī)制，做到外源物質(zhì)刺激狀況下，可以進(jìn)行群體感應(yīng)，實(shí)現(xiàn)自身調(diào)控?fù)錃?。?dāng)外源物質(zhì)不存在時(shí)，其乳酸菌底盤可穩(wěn)定定植于宿主腸道體內(nèi)，進(jìn)行普通發(fā)酵作用促進(jìn)腸道健康。現(xiàn)如今乳酸菌合成生物學(xué)在應(yīng)用中仍存在一些缺陷，表達(dá)載體構(gòu)建中，表達(dá)元件的優(yōu)化依舊需要持續(xù)研究。同時(shí)載體轉(zhuǎn)化依舊需要尋找更加高效轉(zhuǎn)化方法，形成系統(tǒng)性、成功效率高的方法體系。

盡管目前取得了一定進(jìn)展，但乳酸菌在合成生物學(xué)方面的臨床應(yīng)用仍有很長的路要走。利用現(xiàn)有的工具和發(fā)展速度，很容易實(shí)現(xiàn)合成生物學(xué)對(duì)于藥物發(fā)現(xiàn)、藥物開發(fā)以及其他方面進(jìn)展有巨大貢獻(xiàn)。對(duì)于工程化乳酸菌的研究一直在持續(xù)，期待工程化乳酸菌在科研方向的其他突破。