张和平：3万株乳酸菌背后的故事

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编者按

2022年5月28日，第十八个“世界肠道健康日”前夕，热心肠奖正式揭晓“2022年度科学家”“2022年度产品经理”获奖名单。这是热心肠研究院致力打造中国肠道领域“奥斯卡奖”为目标的国际化、专业化、市场化行业奖项。

本次特别整理发布“热心肠奖·2022年度科学家获得者”，热心肠智库专家、内蒙古农业大学食品科学与工程学院教授张和平的演讲视频及图文实录，以飨读者。

各位同仁，大家好，我是来自内蒙古农业大学的张和平。非常感谢热心肠研究院提供了一个如此好的交流平台。

本演讲的幻灯片 .pdf 版将在热心肠菌群微信群分享，感兴趣的读者请按以下方法申请入群：

我讲一下我这20年从事乳酸菌的研究、益生菌的研究的这场从“0”到“1”的原始创新。

对乳酸菌研究情有独钟

我是1982年上大学，1982年到1986年，当时叫内蒙古农牧学院畜牧学学本科专业。到了硕士阶段，我改成了乳制品加工专业，硕士毕业后就留校工作。1998年到2001年，我在东北农业大学学习乳品科学，从2000年开始乳酸菌、益生菌等方面的研究。

我为什么要选这个行业？这个事情可以追溯到1994年。当年我们学校和日本国际事业协力团有一个健康项目，一个为期5年的合作。

这5年干什么呢？就是日本的一些企业界的研究人员也好，大学的研究人员也好，5年间在我们内蒙古大草原走了28个牧业区县，把自然发酵乳中的乳酸菌进行分离、收集，然后偷偷地带回日本。

这是一个原因，促使了我要做这方面的研究。我们有非常好的资源，为什么让别人拿走了！

再就是从20世纪90年代开始，中国的乳品工业进入了一个高速发展时期，特别是发酵乳制品。但是当时用的发酵乳制品，用的菌种也好，用的发酵剂也好，主要是来源于进口。

我就想我们这么大的国家，如果一直依靠进口，这样是不对的。所以从2001年开始，我就开始一个人组建团队，慢慢地建实验室、建菌种库，一直工作到今天。这个工作一直持续了20多年。

再者，我主要是从自然发酵乳制品分离、筛选乳酸菌、益生菌。

为什么要从自然发酵乳制品里面筛选？

其实我们中国的游牧民族也好，或者全球的游牧民族也好，像中亚、蒙古、中东，实际上发酵乳制品的历史是非常悠久的。

在这几千年甚至几万年的自然进化过程中，在牧民祖祖辈辈的传代接种过程中，实际上乳酸菌经过了一个长期的自然进化和演变，就是越来越适应这个环境，适应乳制品环境。

我们认为这是一个天然的大宝库，一个天然的乳酸菌宝库，一个天然的菌种库。这也是我们为什么主要从自然发酵乳制品里面分离乳酸菌、筛选益生菌。

发酵乳制品的历史非常悠久，但真正把自然发酵乳制品和乳酸菌有益健康提到一个理论高度，那是100多年前的诺奖获得者梅契尼柯夫。

他提出来一套理论，通过研究发现，发酵乳制品也好，其中的乳酸菌也好，实际上对我们肠道的健康是非常有价值的。

肠道里面的有益微生物、有益乳酸菌，可以调控肠道菌群，把肠道里面的腐败物质清除出去，从而达到延年益寿的目的。所以他写了一本书叫《延年益寿：乐观研究》，这在100多年前真正把它提到一个理论高度。

二十载成就从“0”到“1”

我们从2001年开始，这20年来一直在从自然界中自然发酵乳制品，自然发酵食品，后期我们则要从母乳、婴儿的粪便里面，分离、收集乳酸菌。这20年来，总共采集的样品有4864份，分离、鉴定的乳酸菌大概3.2万多株。

这个菌种库是目前全球最大的一个乳酸菌菌种库，采集的地方遍及全球26个国家。

经过这20年，从无到有，从0到1，现在研究室的平台建的非常好。我们现在有6个600平米的实验室，仪器设备的总价值有8000多万元，有13个省部级以上的科研平台，有3个国家级的创新团队。

现在我们整个实验室有192个人，包括年轻的老师、博士研究生、硕士研究生，其中有长江学者。我个人是长江学者特聘教授、国家杰青。同时在这个研究过程中，我们实验室培养出来两个优青。

平台也建的非常好，我们把这个平台分为三大部分。

一个是乳酸菌资源的收集及生物多样性研究，有两台测序仪——PacBio三代测序仪和Nanopore三代测序仪，还有流式细胞仪、高通量菌落筛选工作站。

一个是益生菌、肠道菌群与代谢组学研究平台。这几年我们除了做基因组学，也做代谢组学，实验室有4台代谢组学设备，工作包括靶向代谢组和非靶向代谢组，也包括一些蛋白纯化。

一个是乳酸菌发酵技术和发酵乳生产中试平台。基础研究做完了以后，有一个用于生产的研究平台，包括像反应器、深冷制粒系统、中试规模发酵系统、冷冻干燥系统等等，这是为我们产业生产的一个中试平台。

经过20年的研究，我们除了建菌种库，也做一些益生菌筛选。以前筛选益生菌，就是一个一个地人工来试，后来觉得这样工作量太大、耗费时间太长。后来我们开发了一套算法，叫iProbiotics，就是利用基因组的数据预测它有没有益生功能，主要是指耐酸、耐胆盐两个功能。

预测完以后，这样就大大地简化了我们的研究流程，缩短了研究时间，增加了研究的准确度。假如说有1000个菌株，我们通过基因组测序先来预测。预测完以后，可能缩小到范围到100个。此时再用人工来试，这样既优化了我们的研究平台、减少了研究的时间，再就是增加了我们筛选的准确性。

通过这个平台，我们这几年筛选了好多益生菌，有些已经进入了工业化生产。

这是我们实验室代表性的6株明星菌株。为什么要叫代表性明星菌株？因为我们20年间在这6株益生菌上万郴个了大量的研究，从它的基础研究、动物实验，一直到临床试验。

作为一个益生菌，光有一个动物实验是不够的，因为我们最终要用在人的身上，我们觉得还是需要依靠科学循证。

所以说我们实验室和我们国内的各个医院合作，围绕核心菌株及其产品，目前已经完成的临床和人群试验有31项。

围绕我们的核心菌株正在进行的临床试验和人群试验有26项。

其中我们实验室开发研究的一些原创性菌株，在科拓生物、蒙牛乳业、华润江中、完美公司等实现了技术转化。特别是与科拓生物全面携手转化了一个益生菌的技术成果，已于2020年在深交所创业板上市，成为中国益生菌产业第一股。

科拓生物的新生产基地也已经落户呼和浩特和林开发区，预计三期投入20亿，建成以后将成为中国最大的乳酸菌系列基地。通过技术成果的转化，我们现在实验室的原创菌株已经应用到了蒙牛、新希望、完达山、温氏等15家乳品企业。

这个是投资1.5亿的科拓生物的益生菌自动化、现代化生产基地，已经建成落户浙江省金华市。

这是在呼和浩特和林新区，即将开工建设的一个乳酸菌新工厂的平面布置图。

我感觉现在对益生菌的研究也好，对乳酸菌的研究也好，积累了20多年的技术、经验、基础，这些为我们今后进一步研究、开发乳酸菌和益生菌奠定了一个非常好的基础。

未来重点突破四项工作

我经常讲，我们这20年的宝贵经验，事实上是为我们以后的研究更加铺平了道路。那么今后要干什么呢？

第一，我们要建设菌种资源库，持续加大菌种资源库的建设。

从自然界、健康人的肠道，分离、收集、保存乳酸菌，把我们的菌种库建成一个更大的菌种库，保藏量达到5万株。同时完成2万~到3万株基因组测定，搭建一个全球最大的乳酸菌的基因组数据库和分析平台。

第二，我们要筛选新的益生菌。

根据肠道菌群的靶向，我们先筛选一些益生菌，现在的方法已经建立起来了，技术也越来越成熟。将来所谓的靶向益生菌菌株筛选，是我们实验室今后一个更重要的工作。

第三，我们要开发活菌药物。

我们为什么会选择乳酸菌呢？因为乳酸菌的安全性，已经有几千年、上万年的使用历史，在全世界公认是安全性的。所以，我们要从这里面筛选一些能用于药物的有益的益生菌。

第四，我们要突破加工技术。

我们有好的菌株，如何实现产业化？如何做成一个好的产品？这时加工技术就特别关键。加工技术的突破仍然是我们实验室的一个重要的工作。

比如突破菌株培养，新型浓缩和干燥的一些技术，以及定向调控高活性代谢产物的一些加工技术。再就是我们的乳制品加工技术，特别是发酵乳制品。我觉得这里面需要的技术太多了，值得我们进一步去探究。

我今天就讲到这么多，欢迎大家在疫情过后来我们内蒙古农业大学考察指导。