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低聚半乳糖促进植物乳植杆菌发挥益生功效的机制研究

低聚半乳糖促进植物乳植杆菌发挥益生功效的机制研究

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作者：马臣臣海南大学

学位级别：硕士

肠道微生物组正以“四两拨千斤”之势影响宿主行为和健康。益生菌处于与肠道微生物接触的“正面战场”,因此研究益生菌与肠道微生物的互作尤为重要。然而,益生菌与肠道共生微生物对有限的营养物质和生态位竞争尤为激烈,在肠道选择压力下... 详细信息

肠道微生物组正以“四两拨千斤”之势影响宿主行为和健康。益生菌处于与肠道微生物接触的“正面战场”,因此研究益生菌与肠道微生物的互作尤为重要。然而,益生菌与肠道共生微生物对有限的营养物质和生态位竞争尤为激烈,在肠道选择压力下,两者均会不同程度的出现达尔文突变（又称为积极选择、适应性突变）以适应肠道新环境。为更好调控益生菌在宿主肠道中定殖,逐渐形成了以益生元为辅佐手段的营养支持,且被认为更有利于宿主健康。然而,益生元并非益生菌的专一养料,益生元在体内和益生菌的协同过程研究十分匮乏。面对上述现状:首先需要充分论证益生元促进益生菌在宿主肠道定殖的真实性;其次,需要阐述益生元补充促进益生菌发挥益生功效的有效性和潜在的作用机制。因此,为解答上述科学问题:本研究拟从肠道生态和进化两个角度,以候选益生植物乳植杆菌HNU082（HNU082）为研究对象,利用宏基因组测序技术,借助体外最适益生元筛选、体内遗传变异方法建立和体内动物实验研究益生元促进益生菌发挥益生功效的作用机制。首先,根据HNU082基因组注释其碳水化合物活性酶组成及低聚糖利用基因,据此确立了包括低聚半乳糖在内的多种低聚糖为候选搭配益生元。通过体外液体培养、生长曲线、活菌计数和代时确定低聚半乳糖为HNU082的最适益生元,进而将HNU082和低聚半乳糖搭配成互补性合生元。紧接着,建立了宿主肠道微生物遗传变异注释分析流程。最后,在体内实验中,通过基因组比对,确定了宿主肠道HNU082的丰度与低聚半乳糖的补充具有明显的依存关系。益生菌组和益生菌搭配连续低聚半乳糖补充组之间的差异性单核苷酸变异与菌株的定殖黏附能力相关,证实了低聚半乳糖的补充改变了菌株的适应性进化策略,以更少的基因组突变完成最大化定殖。其次,发现益生菌和连续低聚半乳糖补充组将最小限度的改变肠道菌群结构;且益生菌组中HNU082与拟杆菌属物种之间的负相关在连续低聚半乳糖补充组中转为正相关,可见低聚半乳糖的补充,改变了益生菌与肠道共生微生物的生态关系,并提高了与低聚半乳糖分解利用相关的整体功能。研究最后揭示了在益生菌消费期间,低聚半乳糖补充与否并不影响本地肠道微生物群（主要是拟杆菌）遗传多样性的整体变化,真正的核心影响因素仍是外源益生菌。综上:本研究证实低聚半乳糖协助植物乳植杆菌以最少的适应性突变实现最大化的稳定定殖;以最小化撼动肠道菌群组成为基础,改变肠道生态网络,协调竞争性共生微生物（拟杆菌）转为合作分解利用碳源,并以不增加肠道选择压力为前提,保持拟杆菌适应性进化速率。

关键词：植物乳植杆菌HNU082 低聚半乳糖互补性合生元宏基因组学定殖生态与进化单核苷酸变异

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