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为探究阿克曼菌（Akkermansia）利用人乳寡糖（HMOs）的机制，研究人员分析 30 株菌株的遗传与功能差异。发现A. muciniphila较A. massiliensis更高效利用 2′- 岩藻糖基乳糖（2′-FL），且exsH基因（GH16 家族）对A. massiliensis代谢 2′-FL 至关重要，为开发益生菌提供新方向。
人乳寡糖（HMOs）作为母乳中的重要成分，在婴儿免疫、肠道菌群平衡及认知发育中扮演关键角色。然而，婴儿自身无法代谢这类复杂碳水化合物，需依赖肠道微生物。尽管双歧杆菌等对 HMOs 的利用机制已有较多研究，但阿克曼菌（
Akkermansia）作为新兴益生菌，其利用 HMOs 的遗传基础和代谢机制尚不明确，尤其是不同菌株间的功能差异亟待揭示。为填补这一空白，来自上海迪辅生物微生物、免疫与代谢实验室的研究人员开展了相关研究，成果发表在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》。该研究旨在解析阿克曼菌属高效利用 HMOs 中 2′- 岩藻糖基乳糖（2′-FL）的遗传差异，特别是糖苷水解酶的作用，为阐明其代谢机制奠定基础。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：从儿童粪便中分离培养 30 株阿克曼菌，结合 NCBI 数据库的 89 株基因组，进行全基因组测序与组装；利用 FastANI、Roary 等工具进行平均核苷酸一致性（ANI）分析、核心基因组与泛基因组分析；通过改良 HMOs 基础培养基测定菌株对 2′-FL、葡萄糖、乳糖的碳源利用能力（以 ΔOD600和曲线下面积 AUC 评估）；运用 qPCR 检测差异基因表达，并通过 CAZy 数据库注释糖苷水解酶（GH）家族基因。
3.1 菌株鉴定与基因组特征
通过 Illumina 测序和 GTDB 比较，30 株菌株被分为A. muciniphila（15 株）、A. muciniphila_E（1 株）和A. massiliensis（14 株）。基因组分析显示，A. muciniphila的 GC 含量约 55%，A. massiliensis为 57%-58%，A. muciniphila_E与后者接近。菌株间基因组长度、编码序列（CDS）及假设蛋白数量差异显著，反映出遗传多样性。革兰染色证实均为革兰阴性菌，生理生化实验显示不同种间精氨酸脱氨酶（ADH）、甘露醇（MAN）等代谢能力存在差异，提示碳源利用的多样性。
3.2 系统发育与泛基因组分析
ANI 分析表明，15 株A. muciniphila与参考菌株 BAA-835 的 ANI>95%，14 株A. massiliensis与 Marseille-P6666 聚类，A. muciniphila_E与 GCF_018709685.1 聚为一支。核心基因组构建的系统发育树与 ANI 结果一致。泛基因组分析显示，30 株菌共有 9100 个基因，其中核心基因 600 个，壳基因 3617 个，云基因 4823 个，表明阿克曼菌属存在高度遗传变异，且随基因组增加，泛基因组持续扩展，核心基因趋于稳定。
3.3 2′-FL 碳源利用差异
功能实验显示，A. muciniphila对 2′-FL 的 ΔOD600和 AUC 值均显著高于A. massiliensis，而A. muciniphila_E利用能力极弱。葡萄糖和乳糖利用在种间无显著差异。此外，A. muciniphila对乳糖 - N - 新四糖（LNnT）的利用能力也显著强于其他菌株，提示其在 HMOs 代谢中的优势。
3.4 关键基因 exsH 的作用
CAZy 注释显示，A. massiliensis的碳水化合物代谢基因（平均 92 个）多于A. muciniphila（82 个），但后者 2′-FL 利用更强，表明 GH29 和 GH95 的数量并非决定因素。通过比较A. massiliensis中 2′-FL 利用组与非利用组，发现仅exsH基因（GH16 家族）在利用组核心基因中差异表达。qPCR 证实，exsH高表达菌株（如 F10-628-A-02）的 2′-FL 利用能力显著优于低表达或无该基因的菌株（如 F11-114-A-01、A. muciniphila_E），表明exsH的表达水平与 2′-FL 代谢效率直接相关。
结论与讨论
本研究揭示了阿克曼菌属在 HMOs 利用中的遗传与代谢多样性，首次证实 GH16 家族的exsH基因在A. massiliensis代谢 2′-FL 中的关键作用。尽管A. muciniphila缺乏exsH，但其可能通过其他机制（如 GH29/GH95 的高效表达）实现对 2′-FL 的高效利用。研究还发现，A. muciniphila_E虽携带更多 GH29 和 GH95 基因，但因缺少exsH且调控机制不同，导致 2′-FL 利用能力低下，提示 HMOs 代谢是多基因协同作用的结果。这些发现为深入理解阿克曼菌的益生机制提供了新视角，有望为靶向设计促进婴儿肠道健康的益生菌制剂提供理论依据，例如通过筛选高表达exsH或优化 GH 家族基因组合的菌株，增强其对母乳寡糖的利用效率，进而改善肠道微生态平衡。未来研究需进一步通过基因编辑技术验证exsH的功能，并探索其在成人肠道中的表达调控机制，为拓展阿克曼菌在代谢性疾病等领域的应用奠定基础。
