随着社会经济的快速发展和人类生活水平的逐步提高,由生活习惯、饮食习惯、工作习惯等改变导致的肥胖问题已成为影响人类健康的一大杀手。肥胖发生的根本原因与能量摄入和消耗之间不平衡有关,调整饮食结构是实现肥胖预防或治疗的有效手段。膳食纤维素是人类饮食结构中必不可少的组成部分,在稳定肠道屏障与功能、维持肠道微生物群落结构、平衡肠道营养吸收及废物排泄等方面具有十分重要的意义。通过调整比例增加膳食纤维素的摄入已成为预防肥胖发生或改善肥胖及其并发症的重要研究课题,备受关注的膳食纤维素主要可分为可溶性膳食纤维素和不可溶性膳食纤维素。可溶性膳食纤维素具有较好的发酵特性,可产生与肥胖调控相关的多种短链脂肪酸,如乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐、乳酸盐、琥珀酸盐等,但过度发酵存在致癌风险。在肥胖干预中,不可溶性膳食纤维素具备可溶性膳食纤维素的诸多功效,未见明显不良反应。不过,不可溶性膳食纤维素对肥胖的干预尚缺乏肥胖发生前和肥胖发生后的长期对比实验,尤其缺乏肠道微生物群落随时间变化的演替规律及其与肥胖的关系研究,这些微生物是否也可通过分泌某些代谢物干预肥胖进程尚不清楚。针对这些问题,本课题选用纯度高、吸水能力强的细菌纤维素作为不可溶膳食纤维素研究材料,基于细菌纤维素合成周期长、产率低、膳食功效未见系统研究的背景,提出以下研究思路:筛选高产细菌纤维素菌株,应用全基因组测序技术与功能基因注释,分析其合成细菌纤维素的分子机制。通过发酵动力学特征和碳源转化分析,探讨菌株利用不同碳源合成细菌纤维素的能力及其代谢通路,批量制备细菌纤维素。构建不同饮食结构,通过生理生化分析、组织切片观察、肥胖及炎症相关基因的qPCR分析和肠道微生物群落分析,系统考察小鼠肥胖发生及膳食纤维素调控的生理-肠道微生物耦合机制。构建肥胖模型小鼠,在生理生化、组织切片、基因扩增、肠道微生物群落和粪便代谢物等多层次、多角度系统研究细菌纤维素干预对肥胖缓解的作用及其机制。研究结果如下:一、根据产纤维素细菌的微生物学特性,利用HS培养基获得了1株产细菌纤维素菌株,分析了细菌纤维素的理化特性和合成机制。获得的产纤维素细菌菌株W1与K.europaeus进化关系最为接近,其合成的纤维素空间网络发达,以片层结构纵向堆叠。细菌纤维素纳米纤维直径大多数为40-60nm,在2θ=14.5°、16.6°和22.7°处存在3个典型晶体衍射峰,分别对应(110)、(110)和(200)晶面,在2900、2300、1426、1335、1314、1160、1108、1054、1030和900cm~(-1)等光谱波长附近检测到多个与O-H、C-H、H-O-H、C-O-C、C-O-H、C-C、C-O和β-糖苷键相关的红外吸收峰,说明菌株W1合成的细菌纤维素以I型为主。全基因组测序与基因注释表明,菌株W1包含2条合成细菌纤维素的基因操纵子和多个参与葡萄糖转化和细菌纤维素合成调控的游离基因。与葡萄糖转化、纤维素合成和纤维素合成调控相关的基因分别为glk、pgm和UPG2,bcsA、bcsB、bcsC、bcsD、bcsX和bcxY以及cmcax、ccpAx和bglxA。二、探讨了菌株产细菌纤维素的动力学过程及利用不同碳源底物合成细菌纤维素的效率和转化路径,并批量制备了细菌纤维素。菌株W1在HS培养基中呈不典型的S型曲线生长,细菌纤维素产量呈先增加后稳定的趋势,二者呈显著正相关(r~2=0.88,p