Bacillus coagulans XY2对铜毒性的缓解作用及机制初探

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铜(Cu)是一种在人体新陈代谢中发挥重要作用的必需微量元素,但在高浓度下对生物体具有毒性。铜作为一种环境污染物可通过食物链富集到人体,铜超载与人类多种疾病状态相关,传统的治疗策略是使用金属螯合剂促进铜盐的排泄,但有着一定的副作用和局限性。益生菌是能够促进人体健康的有益微生物,有着缓解氧化损伤,增强免疫力,维护肠道屏障和调节肠道菌群等功效。已有研究表明益生菌对减轻和干预重金属毒性具有积极作用,但针对铜毒性的相关证据仍然有限。因此筛选具有抵抗铜毒性潜能的益生菌并研究其作用机制,对减轻铜超载危害具有重要意义。本论文利用斑马鱼幼鱼构建体内筛选模型,筛选出一株可有效缓解铜毒性的凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)XY2,并对其作用机理进行探究,主要结果如下:(1)构建斑马鱼体内筛选模型,以死亡率为评价指标,筛选得到对Cu SO4诱导的毒性具有较好缓解作用的菌株XY2,通过16S r RNA基因测序鉴定该菌株为B.coagulans。通过理化试验发现该菌株可利用36种碳源,耐受酸性环境。通过溶血性试验和小鼠急性经口试验确认了菌株的体外体内安全性。(2)利用斑马鱼模型,进一步研究B.coagulans XY2缓解Cu SO4毒性的作用机理。结果表明B.coagulans XY2具有一定的体外抗氧化能力,可通过调节斑马鱼幼鱼SOD、GSH-Px酶活力和sod1、gstp1、cat的基因表达水平,缓解Cu SO4刺激的体内氧化应激;B.coagulans XY2的干预降低了Cu SO4刺激下中性粒细胞向侧线区域的迁移量,抑制Cu SO4诱导的炎症细胞因子il-1β和il-10的基因表达量变化,缓解斑马鱼的炎症损伤。(3)利用小鼠模型,研究Cu SO4和B.coagulans XY2对肠道菌群的影响。结果显示,Cu SO4暴露降低了肠道微生物的多样性和丰富度,B.coagulans XY2的干预可恢复菌群的Chao指数、Ace指数、Shannon指数和Simpson指数;各分组间的微生物群落结构存在明显差异,B.coagulans XY2的干预可以显著抑制Cu SO4暴露引起的Coriobacteriaceae_UCG-002和Intestinimonas丰度下调,同时还使得Desulfovibrio、Alistipes和norank_f_Oscillospiraceae的丰度发生变化,表明B.coagulans XY2可能通过调节肠道菌群缓解铜毒性。(4)利用三代ONT测序技术完成了B.coagulans XY2的全基因组测定,得到的基因组总大小为3299321 bp,GC含量为46.88%,其中编码基因的总长度为2719974 bp,共预测到3274个编码基因;Nr数据库比对结果中有93.03%的基因注释到B.coagulans,GO数据库注释结果中发现16个抗氧化活性相关基因和2个免疫系统相关基因。这为该菌种未来的研究提供了基因组信息的参考与基础。
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