利用培养组学技术分离鉴定体外降解胆固醇肠道细菌及其功能评价研究

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背景:近年来,中国社会取得巨大发展,人民生活水平不断提高,油脂摄入增多,伴随而来的是高血脂患者增加。血脂主要由胆固醇及甘油三酯组成,虽然胆固醇在体内发挥重要作用,但其过高的水平已经公认是诱发冠心病、动脉粥样硬化、脑卒中等心脑血管疾病的重要因素,如何降低血胆固醇水平成为医学研究关注的重点之一。目的:目前,药物治疗是国内外降低胆固醇的主流方式,但其费用较高,同时存在肌溶解、肝损伤、糖尿病、消化道反应、神经系统反应等副作用。研究表明,人体内“微生物群”对机体的胆固醇代谢有着重要影响,且益生菌制剂具有价格低、安全性好、收益长期等优点,但国内外对人体肠道微生物降胆固醇菌株的筛选方式以及功能评价少有报道。本研究首先采用培养组学技术,从身体生化指标正常的健康人体肠道筛选耐胆汁酸细菌,建立耐胆汁酸肠道菌种库;进而选择其中部分菌株进行体外降胆固醇能力测试;并对降胆固醇优势菌株进行体外降甘油三酯能力以及人工胃液耐受能力评价,为进一步开发潜在降胆固醇细菌制品提供研究基础。方法:肠道菌群对于维持人体健康有着重要作用,近年来随着基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)等快速鉴定技术的出现,培养组学得以快速发展,使得细菌的分离培养以及认知大大增加,提升了人们对于肠道微生态的认识。胆汁酸是由肝细胞经过一系列酶促反应产生的胆烷酸类化合物,储存于胆囊。胆汁酸在体内有多种重要功能,一方面胆汁酸是胆固醇清除的主要途径;另外一方面胆汁酸有助于脂肪乳化和增强胰腺的脂解作用,促进脂类物质在小肠吸收;此外胆汁酸对于肠道微生态平衡还具有重要的调节作用。考虑到人胆汁酸以及牛胆汁酸的差异性,本研究创新性选择人工混合胆汁酸(简称Mix胆汁酸)和牛胆汁酸两种类型胆汁酸作为筛选条件,优化筛选方式,利用培养组学技术筛选耐胆汁酸肠道细菌,初步建立耐胆汁酸肠道菌种库。体外降胆固醇能力评估。以耐胆汁酸肠道菌种库的细菌作为实验对象,以鼠李糖乳杆菌GG株(Lactobacillus rhamnosus GG,LGG)作为阳性对照,设置0 g/L、0.3 g/L、3 g/L三种胆汁酸浓度组,进行体外降解胆固醇能力评估。根据结果,在3 g/L胆汁酸浓度条件下筛选出体外降胆固醇优势菌株。体外降甘油三酯能力评估。以六株降胆固醇优势菌株——Proteus mirabilis,Providencia stuartii,Proteus vulgaris,Proteuspenneri,Wohlfahrtiimonas chitiniclastica,Providencia rettgeri作为实验对象,以LGG作为阳性对照,设置0 g/L、0.3 g/L、3 g/L三种胆汁酸浓度组,进行体外降甘油三酯能力评估。根据结果,在3 g/L胆汁酸浓度条件下筛选出体外降甘油三酯优势菌株。人工胃液耐受能力评价。鉴于人体内胃液pH值在2.0~4.0波动,且作用时间小于3 h,因此制备2.0、3.0、4.0三种pH值人工胃液,并于人工胃液作用后0h、1h、2 h、3 h共计4个时间节点进行滴板计数,以上述六株细菌作为实验对象,以LGG生存率作为参考,计算细菌在不同pH人工胃液,3个不同时间节点的生存率。结果:利用培养组学技术筛选耐胆汁酸肠道细菌,实验共计分离出含1个界、5个门、7个纲、10个目、16个科、19个属、36个种,共计275株细菌,初步建立耐胆汁酸肠道菌种库。对其中22株细菌进行体外降胆固醇能力评估。结果表明,Proteus mirabilis,Providencia stuartii,Proteus vulgaris,Proteus penneri,Wohlfahrtiimonas chitiniclastica,Providencia rettgeri,Bifidobacterium adolescentis,Parabacteroides distasonis,Eubacterium limosum和Enterococcus thailandicus共计十种细菌体外降胆固醇效果明显优于LGG(体外胆固醇降解率超过其150%),初步筛选出体外降胆固醇优势菌。对于其中的六株细菌进行体外降甘油三酯实验。结果表明,这六种细菌体外降甘油三酯效果均优于LGG(体外甘油三酯降解率超过其150%)。对这六株细菌进行人工胃液耐受实验结果表明,随着人工胃液pH值的下降,细菌生存率逐渐降低;随着人工胃液作用时间延长,细菌生存率降低。在人工胃液pH值为2.0时,实验菌株中,只有Providencia stuartii和Providencia rettgeri生长,虽然在此条件下生存率高于其它菌株,但由于其较低的生存率,评价的意义不大。在人工胃液pH值为3.0时,作用1 h,Proteus penneri,Wohlfahrtiimonas chitiniclastica,Providencia rettgeri 生存率与 LGG 相同,其余三株细菌生存率低于LGG;作用2 h后,Proteus penneri和Wohlfahrtiimonas chitiniclastica的生存率高于LGG,但在人工胃液作用3 h后,所有菌株生存率又低于LGG。在pH值为4.0的人工胃液,作用1 h,Proteus mirabilis生存率与LGG相同,其它菌株生存率均高于LGG;作用2 h,Proteus mirabilis与LGG生存率相同,其它菌株生存率均高于阳性对照;作用3 h,除Proteus mirabilis,Proteus vulgaris生存率低于LGG,其它细菌与阳性对照生存率相同。结论:本研究利用培养组学技术,成功筛选出了耐胆汁酸肠道细菌,并建立了一套适合本研究对象的体外降胆固醇肠道细菌筛选方案,筛选出了 Proteus mirabilis,Providencia stuartii,Proteus vulgaris,Proteus penneri,Wohlfahrtiimonas chitiniclastica,Providencia rettgeri,Bifidobacterium adolescentis,Parabacteroides distasonis,Eubacterium limosum和 Enterococcus Thailandicus 共计十种降胆固醇优势菌株,并针对其中六种——Proteus mirabilis,Providencia stuartii,Proteus vulgaris,Proteus penneri,Wohlfahrtiimonas chitiniclastica,Providencia rettgeri进行体外降甘油三酯能力以及人工胃液耐受能力进行评估,为将来进一步开发降胆固醇益生菌制品提供了的研究基础。鉴于目前关于人肠道细菌降胆固醇研究报道较少,且本文中所有数据均来自体外实验,所以,实验中筛选出的降胆固醇优势菌株的临床意义有待进一步研究和考证。
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