“利用乳酸菌作為底盤生產護膚活性物質，或將其作為皮膚修復的生物治療載體，具有廣闊的應用前景。”在《合成生物學》雜志日前發表的特約評述中，山東大學微生物改造技術全國重點實驗室教授孔健和副教授郭婷婷等人給出上述結論。
在接受科技日報記者采訪時，郭婷婷表示，在護膚領域，以乳酸菌為細胞工廠的合成生物學技術發展迅速。針對一些常用的乳酸菌菌種，科研人員已經建立了相對系統和完善的遺傳操作工具，構建了以乳酸乳球菌、植物乳桿菌以及副干酪乳桿菌等為代表的細胞工廠，用于合成護膚活性物質和皮膚修復因子等。
乳酸菌護膚有奇效
乳酸菌并不是指單一細菌，凡是能夠發酵糖類產生乳酸的細菌都可稱為乳酸菌。從改善腸道健康到增強免疫力，再到輔助治療疾病，乳酸菌在維護人體健康方面發揮著多種作用。
孔健介紹，近年來，乳酸菌及其代謝產物作為護膚原料已獲得廣泛應用和認可。例如，乳酸菌不僅是天然保濕因子，還能夠抑制酪氨酸酶的活性，從而減少色素沉積。
當記者問到“乳酸菌及其代謝產物在護膚方面有何積極作用”時，孔健給出了多個方面的詳盡解答。
她表示，乳酸菌產生的抗氧酶類和抗氧代謝物，如超氧化物歧化酶、過氧化物酶、谷胱甘肽和胞外多糖等具有清除自由基、減緩氧化損傷及光老化的作用；乳酸菌水解酪蛋白產生氨基酸、寡肽和B族維生素，能維護皮膚微生態穩定，滋養肌膚，并增強皮膚屏障功能；乳酸菌產生的吲哚類化合物，可與表皮AHR受體結合，促進抗炎癥因子表達，從而改善皮膚先天免疫，對濕疹、特應性皮炎等皮膚問題有改善作用，對敏感肌膚的抗過敏也有積極效果；乳酸菌產生的細菌素，可作為天然防腐劑，抑制護膚品中的腐敗菌，延長產品貨架保質期；乳酸菌菌體自身的細胞壁成分，如肽聚糖、磷壁酸等，還能增強皮膚免疫，恢復皮膚活力，促進傷口愈合。
乳酸菌可作為細胞工廠
“基于乳酸菌自身所具備的護膚功效，及其安全性高、易于工程化等特點，研究人員以乳酸菌作為細胞工廠來高效合成護膚活性因子。”郭婷婷說。
何為細胞工廠？山東大學微生物改造技術全國重點實驗室教授祁慶生向記者介紹，細胞工廠是一個形象化的生物技術概念，被譽為世界最小工廠。它指的是經過基因工程改造的微生物，如細菌、酵母等，能夠像一座微型工廠一樣，高效且持續地生產特定的、有價值的化合物。當輸入原料后，細胞體內的遺傳信息會如同電腦快速運行程序一般，在代謝能的驅動下，經人工設計優化的“生產線”隨即啟動運作，最后輸出特定產品。
郭婷婷介紹，目前研究人員主要利用乳酸菌為細胞工廠來合成保濕因子和抗氧化產物。
在保濕方面，透明質酸因優良的保水性和生物相容性常作為保濕因子廣泛應用于護膚品。據介紹，合成透明質酸的關鍵基因包括透明質酸合成酶、UDP-葡萄糖脫氫酶和UDP-葡萄糖焦磷酸化酶。已有研究表明，在乳酸乳球菌中共同表達這三個基因能得到透明質酸的異源合成，將這三個基因插入乳酸乳球菌的染色體中，不僅能提高重組菌的遺傳穩定性，還能提高透明質酸的分子量。
在抗氧化方面，谷胱甘肽可以起到延緩衰老的作用。它可由谷氨酰半胱氨酸合成酶和谷胱甘肽合成酶催化合成。研究表明，在乳酸乳球菌中，表達大腸桿菌來源的上述兩個基因后，乳酸乳球菌內谷胱甘肽濃度升高。
郭婷婷表示，當前，以乳酸菌為細胞工廠合成透明質酸、谷胱甘肽的產量較工業生產還有較大差距，但因其安全性較高，因此值得后續更為深入的研究和開發。
她介紹，目前，高通量測序和篩選技術取得的突破性進展，為護膚活性成分的深度挖掘與高效開發奠定了堅實的技術基礎，也為以乳酸菌為細胞工廠的研究指明了方向。與此同時，菌種改造技術不斷創新，如Red/ET類同源重組系統等新型基因組編輯工具的應用，也顯著提高了特定乳酸菌菌種的遺傳改造效率。
然而，郭婷婷也指出，以乳酸菌為細胞工廠的技術目前處于發展階段，在標準化元件開發、基因線路設計等方面，與大腸桿菌、酵母菌等其他細胞工廠相比仍存在差距，這也是當前科研人員亟待攻克的課題。
[鏈接]
乳酸菌不能直接加入護膚品
雖然乳酸菌及其代謝產物在護膚方面有神奇功效，但就國內情況而言，由于目前國內護膚品行業對微生物數量有著嚴格的國家質量標準，乳酸菌還不能直接添加到護膚品當中。
山東大學微生物改造技術全國重點實驗室副教授郭婷婷解釋說，乳酸菌屬于活菌，若直接添加到護膚品中，會受到外界環境因素如溫度、濕度等的影響，導致其活性降低甚至死亡。
因此，目前的替代方案是在化妝品中多使用乳酸菌溶胞物及其代謝產物。“乳酸菌溶胞物即通過溶解乳酸菌整個細胞而獲得的物質，具備保濕、美白、抗皺、抗衰老等多種功效。”山東大學微生物改造技術全國重點實驗室教授孔健介紹。這一舉措不僅提升了化妝品的質量穩定性，減少了對皮膚的刺激，還保留了乳酸菌的護膚功效，因此被廣泛應用于多種國內外高端化妝品中。
據郭婷婷和同事們的調研，乳酸菌溶胞物及其代謝產物在護膚品中的應用速度達到了每年12%的增長。
“利用乳酸菌作為底盤生產護膚活性物質，或將其作為皮膚修復的生物治療載體，具有廣闊的應用前景。”在《合成生物學》雜志日前發表的特約評述中，山東大學微生物改造技術全國重點實驗室教授孔健和副教授郭婷婷等人給出上述結論。
在接受科技日報記者采訪時，郭婷婷表示，在護膚領域，以乳酸菌為細胞工廠的合成生物學技術發展迅速。針對一些常用的乳酸菌菌種，科研人員已經建立了相對系統和完善的遺傳操作工具，構建了以乳酸乳球菌、植物乳桿菌以及副干酪乳桿菌等為代表的細胞工廠，用于合成護膚活性物質和皮膚修復因子等。
乳酸菌護膚有奇效
乳酸菌并不是指單一細菌，凡是能夠發酵糖類產生乳酸的細菌都可稱為乳酸菌。從改善腸道健康到增強免疫力，再到輔助治療疾病，乳酸菌在維護人體健康方面發揮著多種作用。
孔健介紹，近年來，乳酸菌及其代謝產物作為護膚原料已獲得廣泛應用和認可。例如，乳酸菌不僅是天然保濕因子，還能夠抑制酪氨酸酶的活性，從而減少色素沉積。
當記者問到“乳酸菌及其代謝產物在護膚方面有何積極作用”時，孔健給出了多個方面的詳盡解答。
她表示，乳酸菌產生的抗氧酶類和抗氧代謝物，如超氧化物歧化酶、過氧化物酶、谷胱甘肽和胞外多糖等具有清除自由基、減緩氧化損傷及光老化的作用；乳酸菌水解酪蛋白產生氨基酸、寡肽和B族維生素，能維護皮膚微生態穩定，滋養肌膚，并增強皮膚屏障功能；乳酸菌產生的吲哚類化合物，可與表皮AHR受體結合，促進抗炎癥因子表達，從而改善皮膚先天免疫，對濕疹、特應性皮炎等皮膚問題有改善作用，對敏感肌膚的抗過敏也有積極效果；乳酸菌產生的細菌素，可作為天然防腐劑，抑制護膚品中的腐敗菌，延長產品貨架保質期；乳酸菌菌體自身的細胞壁成分，如肽聚糖、磷壁酸等，還能增強皮膚免疫，恢復皮膚活力，促進傷口愈合。
乳酸菌可作為細胞工廠
“基于乳酸菌自身所具備的護膚功效，及其安全性高、易于工程化等特點，研究人員以乳酸菌作為細胞工廠來高效合成護膚活性因子。”郭婷婷說。
何為細胞工廠？山東大學微生物改造技術全國重點實驗室教授祁慶生向記者介紹，細胞工廠是一個形象化的生物技術概念，被譽為世界最小工廠。它指的是經過基因工程改造的微生物，如細菌、酵母等，能夠像一座微型工廠一樣，高效且持續地生產特定的、有價值的化合物。當輸入原料后，細胞體內的遺傳信息會如同電腦快速運行程序一般，在代謝能的驅動下，經人工設計優化的“生產線”隨即啟動運作，最后輸出特定產品。
郭婷婷介紹，目前研究人員主要利用乳酸菌為細胞工廠來合成保濕因子和抗氧化產物。
在保濕方面，透明質酸因優良的保水性和生物相容性常作為保濕因子廣泛應用于護膚品。據介紹，合成透明質酸的關鍵基因包括透明質酸合成酶、UDP-葡萄糖脫氫酶和UDP-葡萄糖焦磷酸化酶。已有研究表明，在乳酸乳球菌中共同表達這三個基因能得到透明質酸的異源合成，將這三個基因插入乳酸乳球菌的染色體中，不僅能提高重組菌的遺傳穩定性，還能提高透明質酸的分子量。
在抗氧化方面，谷胱甘肽可以起到延緩衰老的作用。它可由谷氨酰半胱氨酸合成酶和谷胱甘肽合成酶催化合成。研究表明，在乳酸乳球菌中，表達大腸桿菌來源的上述兩個基因后，乳酸乳球菌內谷胱甘肽濃度升高。
郭婷婷表示，當前，以乳酸菌為細胞工廠合成透明質酸、谷胱甘肽的產量較工業生產還有較大差距，但因其安全性較高，因此值得后續更為深入的研究和開發。
她介紹，目前，高通量測序和篩選技術取得的突破性進展，為護膚活性成分的深度挖掘與高效開發奠定了堅實的技術基礎，也為以乳酸菌為細胞工廠的研究指明了方向。與此同時，菌種改造技術不斷創新，如Red/ET類同源重組系統等新型基因組編輯工具的應用，也顯著提高了特定乳酸菌菌種的遺傳改造效率。
然而，郭婷婷也指出，以乳酸菌為細胞工廠的技術目前處于發展階段，在標準化元件開發、基因線路設計等方面，與大腸桿菌、酵母菌等其他細胞工廠相比仍存在差距，這也是當前科研人員亟待攻克的課題。
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乳酸菌不能直接加入護膚品
雖然乳酸菌及其代謝產物在護膚方面有神奇功效，但就國內情況而言，由于目前國內護膚品行業對微生物數量有著嚴格的國家質量標準，乳酸菌還不能直接添加到護膚品當中。
山東大學微生物改造技術全國重點實驗室副教授郭婷婷解釋說，乳酸菌屬于活菌，若直接添加到護膚品中，會受到外界環境因素如溫度、濕度等的影響，導致其活性降低甚至死亡。
因此，目前的替代方案是在化妝品中多使用乳酸菌溶胞物及其代謝產物。“乳酸菌溶胞物即通過溶解乳酸菌整個細胞而獲得的物質，具備保濕、美白、抗皺、抗衰老等多種功效。”山東大學微生物改造技術全國重點實驗室教授孔健介紹。這一舉措不僅提升了化妝品的質量穩定性，減少了對皮膚的刺激，還保留了乳酸菌的護膚功效，因此被廣泛應用于多種國內外高端化妝品中。
據郭婷婷和同事們的調研，乳酸菌溶胞物及其代謝產物在護膚品中的應用速度達到了每年12%的增長。
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