病原體（例如大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、單核細(xì)胞增生李斯特菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、念珠菌）誘發(fā)的人畜共患疾病物種等）在脊椎動(dòng)物和人類之間共享，會(huì)導(dǎo)致許多食源性疾病，從輕微到嚴(yán)重，甚至死亡，嚴(yán)重威脅動(dòng)物和人類的健康。同時(shí)，在畜牧業(yè)和醫(yī)藥中使用抗菌藥物會(huì)導(dǎo)致生食動(dòng)物產(chǎn)品（肉、蛋、奶制品）中的抗菌藥物殘留、抗菌藥物耐藥性(AMR)的傳播和藥物環(huán)境污染。腸上皮屏障在限制管腔內(nèi)容物（例如，腸道微生物、水、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、離子、廢物）與基礎(chǔ)免疫系統(tǒng)之間的相互作用、防止人畜共患病原體入侵和維持腸上皮細(xì)胞的完整性和腸道穩(wěn)態(tài)。來(lái)自入侵病原體或共生微生物的信號(hào)可被腸上皮細(xì)胞接收，然后傳遞至固有層中的免疫細(xì)胞以調(diào)節(jié)腸上皮屏障功能或宿主防御。有研究報(bào)道，人畜共患病原體通過群體感應(yīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的生物膜形成和過度生長(zhǎng)，釋放毒素，粘附和侵入腸上皮細(xì)胞，轉(zhuǎn)移至宿主器官，或引起宿主過度免疫反應(yīng)，從而對(duì)宿主組織或細(xì)胞產(chǎn)生毒性或損傷。這為預(yù)防或控制人畜共患疾病提供了潛在的治療靶點(diǎn)。
作為一種有吸引力的“普遍認(rèn)為安全(GRAS)”的抗菌劑替代品，生食產(chǎn)品中無(wú)殘留的益生菌通過產(chǎn)生有機(jī)酸和抗菌化合物對(duì)宿主的整體健康產(chǎn)生有益影響；恢復(fù)腸道菌群；與常駐微生物群或宿主相互作用；抑制人畜共患病原體的過度生長(zhǎng)、粘附和侵襲；增強(qiáng)胃腸上皮屏障功能；提高消化能力和調(diào)節(jié)粘膜免疫反應(yīng)。這些為預(yù)防或控制人畜共患病原體的感染提供了潛在的治療選擇。在本研究中，研究人員選擇了四種益生菌來(lái)評(píng)估它們減輕人畜共患病原體引起的對(duì)秀麗隱桿線蟲的毒性和LPS暴露引起的腸上皮損傷的能力及其潛在機(jī)制。
Bioscreen全自動(dòng)生長(zhǎng)曲線分析儀的應(yīng)用
對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的乳酸菌加入含有不同（wt/v、0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%）豬膽汁的新鮮MRS肉湯（1%v/v）中)，然后接種到96孔板中，每組5孔；然后使用Bioscreen C平臺(tái)測(cè)量生長(zhǎng)曲線，每10分鐘測(cè)量一次OD 620nm的吸光度，持續(xù)73小時(shí)。OD620nm所需孵育時(shí)間計(jì)算每個(gè)菌株的添加豬膽汁的培養(yǎng)物增加0.3個(gè)單位，并將OD 620nm增加的差異識(shí)別為以小時(shí)表示的生長(zhǎng)延遲。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
結(jié)果表明，植物乳桿菌可以通過群體感應(yīng)信號(hào)抑制關(guān)鍵毒力性狀的mRNA表達(dá)，從而直接抑制腸出血性大腸桿菌O157:H7的生物膜形成和生長(zhǎng)。同時(shí)，植物乳桿菌16通過促進(jìn)上皮修復(fù)、減弱上皮細(xì)胞凋亡和死亡以及減弱炎癥反應(yīng)顯著改善LPS誘導(dǎo)的腸上皮屏障功能障礙，這可能是由激活的Wnt/β-catenin信號(hào)通路和抑制的TLR4介導(dǎo)的-MyD88信號(hào)通路。總而言之，植物乳桿菌16保護(hù)秀麗隱桿線蟲免受腸出血性大腸桿菌的侵害O157:H7感染通過上述方式致死。然而應(yīng)該對(duì)動(dòng)物模型（例如小鼠、豬、肉雞）進(jìn)行進(jìn)一步研究，以令人信服地支持植物乳桿菌Lac16對(duì)預(yù)防腸出血性大腸桿菌O157:H7感染的有益作用。
圖1、乳酸菌與人畜共患病原體的自聚集率(A)和共聚集率(B)。乳酸菌菌株的自聚集率隨時(shí)間逐漸增加，在24小時(shí)時(shí)達(dá)到70%以上，并且Lac16表現(xiàn)出比其他菌株更高（p<0.05）的自聚集率（Lac22，Lac24，Lac26）。
圖2、乳酸菌在不同pH值模擬胃腸液中的存活率（A）和生長(zhǎng)曲線（B-E，OD600值）。四種乳酸菌菌株（Lac16、Lac22、Lac24、Lac26）對(duì)pH 8.0的模擬腸液表現(xiàn)出良好的耐受性。Lac16和Lac26對(duì)模擬胃液表現(xiàn)出更好的耐受性，在pH 3.0和pH 4.0下的存活率幾乎為100%，而在pH 2.5下為40-55%（圖2A）。Lac24在pH 3.0下的存活率為62.28%。四種乳酸菌菌株可以在pH 4.0和pH 8.0下生長(zhǎng)良好，在固定相的吸光度值為0.9–1.8（圖2 B–E）。Lac16、Lac24和Lac26可以在pH 3.0下生長(zhǎng)，固定相吸光度值為0.3–0.6（圖2是）。與pH 4.0和pH 6.4相比，這四種乳酸菌菌株的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期和靜止期在pH 3.0和pH 8.0時(shí)延遲。
圖3、乳酸菌的生長(zhǎng)(A)、pH(A)和乳酸產(chǎn)量(B)。如圖所示，這四種菌株發(fā)酵培養(yǎng)物的pH值在穩(wěn)定期約為3.8。這四種菌株的乳酸產(chǎn)量在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期和早期穩(wěn)定期增加，而在晚期穩(wěn)定期減少。Lac16比其他三個(gè)菌株產(chǎn)生更高(p<0.05)的乳酸。
圖4、益生菌促進(jìn)IPEC-J2細(xì)胞的傷口閉合。IPEC-J2細(xì)胞用益生菌(MOI=100)或LPS(40μg/mL)處理不同時(shí)間。結(jié)果是三個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。
圖5、植物乳桿菌Lac16對(duì)腸出血性大腸桿菌O157:H7感染的保護(hù)作用的圖形總結(jié)。植物乳桿菌Lac16通過抑制大腸桿菌O157:H7的關(guān)鍵毒力特性和增強(qiáng)腸上皮屏障功能，減輕腸出血性大腸桿菌O157:H7感染誘導(dǎo)的對(duì)秀麗隱桿線蟲的毒性和LPS暴露誘導(dǎo)的腸上皮損傷，這可能是由激活的Wnt/β-catenin信號(hào)通路和抑制的TLR4-MyD88信號(hào)通路介導(dǎo)。
總結(jié)
農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥領(lǐng)域大量使用抗菌藥物會(huì)導(dǎo)致生食中的抗生素殘留、抗菌素耐藥性(AMR)的傳播和藥物污染，嚴(yán)重威脅人類健康并給社會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，這表明需要新的治療選擇預(yù)防或控制人畜共患病。在這項(xiàng)研究中，研究人員選擇了四種益生菌來(lái)評(píng)估它們減輕病原體引起的損傷的能力。結(jié)果顯示模擬胃腸液和膽汁耐受植物乳桿菌具有高乳酸分泌的Lac16可以顯著抑制多種人畜共患病原體的生長(zhǎng)。Lac16還顯著抑制腸出血性大腸桿菌O157:H7(EHEC)的生物膜形成和毒力性狀（與毒力、毒素、鞭毛生物發(fā)生和運(yùn)動(dòng)、抗生素抗性、生物膜形成和AI-2群體感應(yīng)相關(guān)的基因）的mRNA表達(dá)。此外，Lac16和Lac26顯著保護(hù)秀麗隱桿線蟲免受人畜共患病原體誘導(dǎo)（腸出血性大腸桿菌、鼠傷寒沙門氏菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌）死亡人數(shù)。此外，Lac16通過激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路顯著促進(jìn)上皮修復(fù)和改善脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的腸上皮細(xì)胞凋亡和屏障功能障礙，并通過抑制TLR4/MyD88信號(hào)通路顯著降低LPS誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。目前的結(jié)果表明，Lac16通過抑制大腸桿菌的關(guān)鍵毒力特性、促進(jìn)上皮修復(fù)和改善腸上皮屏障功能來(lái)減輕腸出血性大腸桿菌感染引起的損傷，這可能是由激活的Wnt/β-catenin信號(hào)通路和抑制腸上皮細(xì)胞的TLR4/MyD88信號(hào)通路。
相關(guān)新聞推薦
1、微生物的生長(zhǎng)曲線及其在廢水生物處理中的意義
3、哪種低聚糖對(duì)母乳源乳酸菌具有生長(zhǎng)促進(jìn)作用