乳酸菌是一类十分重要的微生物,在食品和农业领域具有广泛的应用。随着测序技术的发展,关于乳酸菌有益于人体健康的分子基础也正逐渐被研究。嗜热链球菌作为第二重要的乳酸菌,在食品工业使用历史中没有任何健康风险的存在,所以在美国通常认为嗜热链球菌是安全的,在欧盟也是有安全资格认定的。很多嗜热链球菌的菌株已经通过体内实验和体外实验证明具有很多的益生特性,如可产生短链脂肪酸,并在模拟胃肠道环境中保持较高的存活率。然而,这些益生特性具有菌株的特异性,因此,不仅需要研究特定菌株的益生特性还需要通过最新和可行的分子生物学手段来进一步阐明菌株益生特性的遗传基础。同时,食源性致病菌和阴道致病菌引起的疾病和死亡既是世界级的难题,也是研究的热点。因此,本研究的目的就是应用基因组学和生理学分别从体外和体内研究嗜热链球菌KLDS 3.1003的益生特性,进而拓展开发其在食品相关行业领域的应用。首先,本论文提取了嗜热链球菌KLDS 3.1003的基因组,并对其进行生物信息学分析,成功测序并上传至美国国家生物技术中心数据库后,进行一系列的生物信息分析,主要包括进化关系、基因组圈图的绘制、基因组注释、与其他知名嗜热链球菌的基因组学比较分析、胞外多糖基因簇的构建、氨基酸编码基因的注释以及一些与碳水化合物代谢相关基因的结构预测。通过研究得出,嗜热链球菌KLDS 3.1003的基因组的长度为1,899,956 bp,平均G+C的含量为38.92%,含有1,995个基因和6个r RNA。除了嗜热链球菌M17TZA496外,相比于其他知名的嗜热链球菌,嗜热链球菌KLDS 3.1003含有最多的t RNA。通过注释结果表明,嗜热链球菌KLDS 3.1003的基因组可以被分为317个子系统,与氨基酸代谢及碳水化合物代谢相关的基因最多。嗜热链球菌KLDS 3.1003含有一个特殊的胞外多糖基因簇,共含有23个基因。通过深入的氨基酸编码基因分析发现,嗜热链球菌KLDS 3.1003可合成20种对人体有一定功能的必需氨基酸,这些氨基酸还可以应用到动物饲料中。其次,本论文研究了部分嗜热链球菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种对食源性致病菌(金黄色葡萄球菌ATCC 25923和大肠杆菌ATCC 25922)和阴道致病菌(阴道加德ATCC 14018)的抗菌特性。采用牛津杯的方法评价菌体和发酵上清液的抑菌活性,同时也研究了过氧化氢酶、蛋白酶K、木瓜蛋白酶和p H对发酵上清液抑菌活性的影响。通过高效液相色谱法测定每株菌在添加3种不同的碳源下(1%葡萄糖、1%蔗糖和1%果聚糖)、乳酸和乙酸的产量。同时研究了菌株的胆盐耐受性和酸耐受性。实验结果表明,嗜热链球菌LMD-9和保加利亚乳杆菌KLDS 1.0207具有最高的抑菌活性。经过氧化氢酶处理后,2株菌仍对致病菌具有最高的抑菌活性。嗜热链球菌LMD-9和嗜热链球菌KLDS 3.1003在抑菌活性方面没有显著性差异。在p H为3的条件下孵育3小时后,酸耐受的排序为保加利亚乳杆菌KLDS1.0207>保加利亚乳杆菌KLDS 1.0204>嗜热链球菌LMD-9>嗜热链球菌KLDS 3.1003>嗜热链球菌SMQ-301。在添加果聚糖时,保加利亚乳杆菌KLDS 1.0207和嗜热链球菌SMQ-301所产的乳酸和乙酸含量最高。体外实验研究表明,嗜热链球菌LMD-9虽然不产生细菌素,但是具有较为理想的特性。最后,本论文通过体内实验研究了嗜热链球菌KLDS 3.1003和保加利亚乳杆菌KLDS1.0207对致病菌(金黄色葡萄球菌ATCC 25923和大肠杆菌ATCC 25922)的抑菌效果和免疫调节作用。将40只BALB/c小鼠,分成了10组(空白组和9个处理组),嗜热链球菌KLDS 3.1003和保加利亚乳杆菌KLDS 1.0207的浓度为1×108 cfu g-1,所有实验动物适应环境1周,之后灌胃处理14天,每周对小鼠体重进行称量并把所有数据进行统计学分析。随后,实验动物禁食16小时,采集血液样本和各个器官,进一步做血清生化分析、组织病理学分析和尸检分析。结果表明,灌胃益生菌的实验动物组的体重高于空白组体重,其中灌胃嗜热链球菌KLDS 3.1003实验动物的平均体重(22.96 g)高于比空白组实验动物的平均体重(22.37 g)和灌胃保加利亚乳杆菌KLDS 1.0207实验动物的平均体重(22.25 g)。TSA组和TSTEC组以及TEC组和TSTSA组都有明显改善,总糖的水平在空白组TST组、TSTLB组、TSTEC组和TSTSA组分别是2.46、2.41、2.23、1.60和2.14 mmol/L。高密度脂蛋白在空白组TST组、TSTLB组、TSTEC组和T8组分别是1.92、1.94、1.89、2.15和2.04 mmol/L。相比于空白组,灌胃保加利亚乳杆菌组也得到了类似的效果。相比于空白组,灌胃益生菌组的实验动物的血清生化指标也得到了明显的改善。相比于空白组和致病菌组,灌胃益生菌组的实验动物具有较高的免疫水平,包括淋巴细胞、单核细胞、中性粒细胞和嗜酸性粒细胞。组织病理学研究表明,灌胃嗜热链球菌KLDS 3.1003和灌胃保加利亚乳杆菌KLDS 1.0207的两组都没有异常现象。综上所述,本研究通过生物信息学研究了嗜热链球菌KLDS 3.1003的抑菌能力和其他的益生特性的分子基础。体外实验表明,这菌株不但具有益生功能,还对食源性致病菌和阴道致病菌具有较高的抑菌能力。最后通过体内实验研究表明,灌胃嗜热链球菌KLDS3.1003可提高实验动物的体重,改善金黄色葡萄球菌ATCC 25923和大肠杆菌ATCC25922所引起的感染并防止器官损伤。接下来会通过进一步的研究来验证这些结果。