如果你喝过酸奶、用过可降解塑料吸管，那你已经在享受乳酸的"服务"了。作为全球最重要的平台化学品之一，乳酸在食品、医药和可降解塑料（PLA）领域的需求一路走高。而今天市场上约九成的乳酸，都来自微生物发酵。

但在这个看似成熟的产业里，藏着一个长期困扰工程师的"隐形杀手"——发酵后期，菌体会莫名其妙地开始"集体自杀"。

[SynBioCon] 获悉，近日，南京工业大学材料化学工程国家重点实验室姜岷教授团队在 Bioresource Technology 发表最新研究，巧妙地利用一种来自中药黄芩的天然成分——黄芩素（baicalein），掐断了细菌的"自溶信号"，并借此在甜高粱汁上将乳酸产量推到 206.1 g/L，创下该底物迄今报道的最高纪录。

01 发酵罐里的"隐形杀手"：细胞自溶

工业上生产乳酸，主力菌是副干酪乳杆菌（Lactobacillus paracasei）。它是公认的"优等生"：以葡萄糖为底物时，糖酸转化率基本都在 90% 以上，此前有菌株能做到 192 g/L、0.96 g/g 的好成绩。

问题出在发酵后期。

工程师们发现，发酵进入后期后，菌体生物量（OD600）不升反降，细胞活力持续走低——菌体在大量自溶。细胞一破，酶系紊乱、代谢滑坡，产酸效率大打折扣。这被业界视为工业乳酸发酵的主要瓶颈之一。

本研究使用的菌株 LYS2，正是姜岷团队此前自行筛选的一株高性能乳酸生产菌（已保藏于中国典型培养物保藏中心，编号 CCTCC M 20211178；团队专利显示其在 5 L 罐中发酵 6 天可产 120 g/L 乳酸）。但在发酵测试中，它同样逃不过后期自溶的宿命。

菌，为什么会"自杀"？ 团队把目光投向了一个此前未被清晰阐明的研究空白——群体感应（Quorum Sensing，QS）。

02 细菌的"群聊"与"自溶信号"

细菌并不像我们想象的那样"各自为战"。它们会持续向环境释放信号分子，通过感知这些分子的浓度来"统计"群体密度——密度达到阈值，就集体切换行为模式。这套机制就是群体感应，被称为细菌之间的"语言"。

其中，AI-2 被称为革兰氏阳性和阴性细菌"通用的交流语言"，它的合成依赖一个关键酶——LuxS。此前已有研究表明，针对信号分子做"群体感应淬灭"，或许能减少乳杆菌自溶、提高发酵液中的活菌数。但 QS 究竟通过怎样的分子机制调控乳杆菌的生物量和自溶，一直没有人说清楚。

这正是本研究要回答的问题：如果掐断 AI-2 的合成，菌体还会"集体自杀"吗？

03 从黄芩里找到答案：虚拟筛选锁定黄芩素

团队采取的策略是"计算先行"：以 LuxS 为靶点，对天然产物库进行虚拟筛选，从中锁定潜在的 QS 抑制剂。

筛选结果指向了黄芩素——中药黄芩的主要活性黄酮类成分。团队进一步通过分子动力学模拟解析了它与 LuxS 的相互作用：黄芩素可能竞争性地占据 LuxS 的底物结合位点，压制酶活性，从源头上减少 AI-2 的合成。

通俗地说：黄芩素让细菌的"群聊"发不出消息，密度信号迟迟积累不到阈值，"集体自溶"的指令也就发不出去。

随后的转录组分析揭示了更完整的一环：添加黄芩素后，与细胞分裂相关的基因表达上调，菌体的分裂增殖被重新"激活"，细胞活力和生物量随之提升——为持续产酸保住了"劳动力"。

发酵验证的结果很直接：抑制群体感应后，细胞自溶得到缓解，生物量与细胞活力提高，乳酸合成显著增强。

04 告别葡萄糖：甜高粱汁上的 206.1 g/L

如果说抑制自溶是"提内功"，那换底物就是"降成本"。

葡萄糖是实验室的舒适区，但工业上真金白银的成本大头恰恰是碳源。团队将目光投向了甜高粱汁——一种典型的非粮低成本碳源，茎秆汁液中可发酵糖含量可达 160–180 g/L，种植耐旱耐贫瘠、不与粮争地，是绿色生物炼制的理想原料。

结果令人振奋：将该 QS 抑制策略应用于甜高粱汁为唯一碳源的发酵体系，乳酸产量达到 206.1 g/L，得率 0.93 g/g——这是迄今报道的甜高粱汁底物最高乳酸产量（此前文献最高纪录约为 142.5 g/L，提升幅度约 45%）。

值得一提的是，这个思路的巧妙之处在于：不改菌株基因、不动发酵装备，只需添加一种食品安全基础良好的天然小分子，就同时解决了"菌自溶"和"成本高"两个问题——对产业端而言，这是最容易落地的那种创新。

从"改造菌"到"调控菌群行为"

这项研究更大的启示在于范式层面。

过去，提升发酵性能的主流思路是"改造菌"——敲基因、过表达、重构代谢通路。而南工大团队展示了另一条路线：读懂菌群的社会性，用一个小分子去"改写"它们的群体决策。当细胞因群体感应走向自溶时，压制信号而非改造细胞，同样能守住产量。

对于长期深耕秸秆、一碳气体等废弃碳资源生物炼制的姜岷团队来说，这项工作也为"廉价底物 + 智能过程调控"的组合打法再添一块拼图。沿着这个方向，群体感应抑制策略能否推广到更多工业菌株、更多平台化学品的发酵？值得期待。

来源：DOI：10.1016/j.biortech.2026.135684

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