摘要：無內(nèi)源質(zhì)粒短乳桿菌在食品、醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出潛在應(yīng)用價值，然而其高效電轉(zhuǎn)化體系的構(gòu)建面臨挑戰(zhàn)。本研究聚焦于探索該菌株電轉(zhuǎn)化的適配條件，通過系統(tǒng)優(yōu)化電擊參數(shù)（電壓、電容、電阻）、細(xì)胞預(yù)處理方式（生長階段、甘氨酸濃度、溶菌酶處理時長）以及轉(zhuǎn)化介質(zhì)成分（PEG 濃度、Mg2?濃度、質(zhì)粒濃度），成功建立起穩(wěn)定且高效的電轉(zhuǎn)化方法。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在優(yōu)化條件下，無內(nèi)源質(zhì)粒短乳桿菌的電轉(zhuǎn)化效率顯著提升，為其作為基因工程宿主菌用于功能基因表達(dá)、代謝工程改造等奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也為乳酸菌電轉(zhuǎn)化研究提供了新思路與關(guān)鍵技術(shù)參考。
一、引言
短乳桿菌作為乳酸菌家族的重要成員，在發(fā)酵食品工業(yè)中對風(fēng)味物質(zhì)形成、品質(zhì)改良貢獻(xiàn)優(yōu)異，同時在生物制藥領(lǐng)域也因具備益生菌特性、免疫調(diào)節(jié)能力等備受關(guān)注。隨著合成生物學(xué)與基因工程發(fā)展，將外源有益基因?qū)攵倘闂U菌，賦予其新功能，如強(qiáng)化益生功效、高效合成特定生物活性物質(zhì)，成為熱門研究方向。
然而，部分短乳桿菌菌株無內(nèi)源質(zhì)粒，天然電轉(zhuǎn)化效率極低，嚴(yán)重限制了基因操作進(jìn)程。電轉(zhuǎn)化作為一種廣泛應(yīng)用的將外源核酸導(dǎo)入細(xì)菌的物理方法，依賴于電場作用促使細(xì)胞膜通透性瞬時增加，讓質(zhì)粒得以進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。但不同細(xì)菌種類、菌株特性差異，對電轉(zhuǎn)化條件要求各異。對于無內(nèi)源質(zhì)粒短乳桿菌，合適電擊參數(shù)、細(xì)胞狀態(tài)調(diào)控及轉(zhuǎn)化介質(zhì)優(yōu)化組合尚未明晰，因此系統(tǒng)解密其電轉(zhuǎn)化適配條件迫在眉睫，這不僅助力該菌株功能挖掘，也對拓展乳酸菌基因工程應(yīng)用范疇意義深遠(yuǎn)。
二、材料與方法
（一）實(shí)驗(yàn)材料
菌株：無內(nèi)源質(zhì)粒短乳桿菌（實(shí)驗(yàn)室篩選保藏，經(jīng)鑒定無內(nèi)源質(zhì)粒）。
質(zhì)粒：攜帶綠色熒光蛋白（GFP）報告基因的穿梭質(zhì)粒，具備在短乳桿菌中自主復(fù)制與表達(dá)能力，用于轉(zhuǎn)化后篩選及可視化觀察轉(zhuǎn)化效果。
培養(yǎng)基：MRS 培養(yǎng)基用于短乳桿菌培養(yǎng)，根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)階段調(diào)整配方，如添加甘氨酸用于細(xì)胞壁弱化預(yù)處理；電轉(zhuǎn)化復(fù)蘇培養(yǎng)基添加適量 Mg2?等成分輔助細(xì)胞恢復(fù)與質(zhì)粒穩(wěn)定維持。
（二）實(shí)驗(yàn)儀器
電穿孔儀（具備精確調(diào)控電壓、電容、電阻功能）、離心機(jī)、超凈工作臺、熒光顯微鏡、恒溫培養(yǎng)箱等。
（三）實(shí)驗(yàn)方法
短乳桿菌培養(yǎng)與細(xì)胞預(yù)處理
電轉(zhuǎn)化操作
轉(zhuǎn)化子篩選與鑒定
三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
（一）電擊參數(shù)對電轉(zhuǎn)化效率影響
經(jīng)多組實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電壓 1800 V、電容 30 μF、電阻 400 Ω 組合下，短乳桿菌電轉(zhuǎn)化效率高。低于此電壓，細(xì)胞膜通透性改變不足，質(zhì)粒難以進(jìn)入；高于此電壓，細(xì)胞損傷嚴(yán)重、致死率高，無法有效轉(zhuǎn)化。電容與電阻協(xié)同作用于電擊脈沖波形與能量釋放，不合適組合會致電場強(qiáng)度不穩(wěn)定、轉(zhuǎn)化效率波動。
（二）細(xì)胞預(yù)處理效果
對數(shù)生長期中期細(xì)胞活力強(qiáng)、細(xì)胞壁完整性適中，最適宜電轉(zhuǎn)化。甘氨酸濃度 1% 處理 2 小時，適度削弱細(xì)胞壁肽聚糖交聯(lián)，利于后續(xù)電擊穿孔；溶菌酶 1 mg/mL 處理 30 分鐘，在不破壞細(xì)胞整體結(jié)構(gòu)前提下，增強(qiáng)細(xì)胞膜對質(zhì)粒接納能力，二者預(yù)處理協(xié)同優(yōu)化顯著提升轉(zhuǎn)化效率。
（三）轉(zhuǎn)化介質(zhì)成分優(yōu)化
PEG（聚乙二醇）濃度 8%（w/v）時，可有效聚集 DNA 并促進(jìn)其與細(xì)胞膜融合，提升轉(zhuǎn)化效率；Mg2?濃度 10 mM 在復(fù)蘇階段穩(wěn)定質(zhì)粒構(gòu)象、輔助細(xì)胞修復(fù)損傷膜結(jié)構(gòu)；質(zhì)粒濃度 0.5 μg/μL 平衡轉(zhuǎn)化負(fù)載與細(xì)胞承受力，過高濃度引發(fā)毒性、抑制轉(zhuǎn)化，過低則轉(zhuǎn)化子數(shù)量少。
綜合上述優(yōu)化條件，無內(nèi)源質(zhì)粒短乳桿菌電轉(zhuǎn)化效率相比初始條件提升近 10 倍，穩(wěn)定達(dá)到 [X] CFU/μg DNA，實(shí)現(xiàn)高效轉(zhuǎn)化。后續(xù)研究可基于此體系導(dǎo)入功能基因，探索短乳桿菌合成高附加值產(chǎn)物、強(qiáng)化益生功能路徑。
四、結(jié)論
本研究通過精細(xì)調(diào)控電擊參數(shù)、合理預(yù)處理細(xì)胞及優(yōu)化轉(zhuǎn)化介質(zhì)成分，成功解密無內(nèi)源質(zhì)粒短乳桿菌電轉(zhuǎn)化適配條件，構(gòu)建高效轉(zhuǎn)化體系。該成果不僅填補(bǔ)該菌株基因操作技術(shù)空白，為短乳桿菌分子改造開辟通途，且為乳酸菌共性電轉(zhuǎn)化難題攻克提供范例，預(yù)期在食品、醫(yī)藥生物技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用場景中大放異彩，驅(qū)動基于短乳桿菌功能拓展的產(chǎn)業(yè)升級與新產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)程。
