近期，生物工程学院徐岩教授团队在农林科学TOP期刊Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety（中科院1区，TOP期刊，IF: 15.786）在线发表了题为“Non-gene-editing microbiome engineering of spontaneous food fermentation microbiota–Limitation control, design control, and integration”的综述文章（https://doi.org/ 10.1111/1541-4337.13135）。
传统发酵食品大多为自发式的天然发酵，依赖于微生物的生长及将食品基质进行代谢转化，其生产过程涉及一系列标准生产要素，包括风土、工艺、原材料、设施、工具和工厂等（图1）。这些要素经过几个世纪的演变，逐渐发展形成一套旨在创建食品自发发酵微生物群和实现发酵功能的经验式标准。然而，目前传统发酵食品的生产仍存在由于手工控制而导致的小规模，机械化难，发酵效率和质量之间的不平衡的问题。为加快现代化产业体系建设，推动传统发酵食品朝着绿色、清洁、智能、高效的方向发展，提出一种适应于传统发酵食品产业转型的新型研究策略迫在眉睫。
微生物组工程按照概念可划分为基因编辑与非基因编辑两类，其中非基因编辑微生物组工程（Non-gene-editing microbiome engineering）能够通过合理设计和控制自然微生物菌群以实现所需功能（图2）。食品自发发酵作为传统的非基因编辑微生物组工程的代表，主要通过建立限制因子来控制发酵进程；现代合成微生物生态学通过设计体外微生物群来揭示传统发酵原理或进行发酵功能强化，二者各具优势。
本文研究者着重讨论自发发酵过程中的非基因编辑微生物组工程原理，讨论了限制控制的“木桶效应”决定了自发发酵食品微生物群的组装进程，即最受限的因子决定了群落结构与主要功能，限制控制机制解析与限制程度量化是提升发酵品质与安全的关键（图3）。另一方面，研究者从“自上而下”、“自下而上”与“群落融合”三种微生物组工程策略出发，综述了现代微生物组工程策略在自发发酵食品研究中的应用及展望，提出了将3D打印技术应用于群落构建之中，构建一种高维体外群落模型，为进一步探索自发发酵微生物群功能特性与组装机制提供参考（图4）。文章最后强调需充分发挥限制控制与设计控制各自优势以提升天然发酵食品微生物群的控制能力，可有效权衡发酵品质与效率。
2021级博士研究生陈良强为该论文的第一作者，徐岩教授和茅台集团王莉研究员为该论文的共同通讯作者。上述研究工作得到了国家自然科学基金（32172176）、江苏省自然科学基金（BK20201341）以及贵州省科技支撑计划（黔科合[2022] 020）资助。
图1 自发发酵生态系统的组成和功能
图2 微生物组工程的分类和非基因编辑微生物组工程（NgeME）的定义
图3 在非基因编辑微生物组工程的生态过程、限制和设计控制
图4 现代NgeME的设计策略 (a)自上而下策略 (b)自下而上策略 (c)群落融合 (d)整合策略
