微生物组疗法PMC101通过调节肠道菌群平衡抑制碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌易位的机制研究

《Medical Microbiology and Immunology》：Microbiome therapeutic PMC101 inhibits the translocation of carbapenem-resistant Klebsiella while enhancing eubiosis in antibiotic-induced dysbiosis mice

本研究针对碳青霉烯耐药肠杆菌科(CRE)感染缺乏有效治疗手段的临床难题，探索了微生物组疗法PMC101在抗生素诱导菌群失调小鼠模型中的系统性保护作用。研究人员通过全基因组分析鉴定新型乳酸杆菌菌株，结合动物实验和人体肠道微生态系统模拟，发现PMC101能显著提高感染小鼠存活率至100%，降低疾病严重程度评分，并通过增加拟杆菌门/变形菌门比例（CRK-TMI指数）抑制病原体向肺、肾等器官的易位。该研究为开发针对多重耐药菌感染的微生态干预策略提供了重要理论依据。

　　

在抗生素耐药性日益严重的全球公共卫生危机中，碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌(CRK)因其对几乎所有可用抗生素的耐药性，被美国疾控中心列为"紧急威胁"病原体。传统抗生素联合治疗方案对CRK感染患者的临床结局改善有限，迫切需要开发超越传统药物范畴的新疗法。近年来，微生物组研究的深入揭示了肠道菌群失调与多种疾病发生的密切关联，尤其是抗生素使用导致的微生态破坏会显著增加耐药菌定植风险，这为微生物组疗法的发展提供了理论依据。

在这项发表于《Medical Microbiology and Immunology》的研究中，Soonchunhyang大学的研究团队系统评估了微生物组疗法PMC101对CRK感染的防治效果及其作用机制。研究人员首先通过全基因组测序鉴定PMC101为乳酸杆菌发酵菌(Lacticaseibacillus fermentum)的新菌株，并优化了其食品级培养基培养条件。随后在抗生素诱导菌群失调的BALB/c小鼠模型中，观察到PMC101处理使CRK感染小鼠的存活率提升至100%，显著降低疾病严重程度评分和体重损失程度。

研究团队采用的主要技术方法包括：全基因组测序和平均核苷酸一致性(OrthoANI)分析进行菌株鉴定；建立抗生素诱导的菌群失调小鼠模型评估干预效果；利用宏基因组学分析肠道微生物组成变化；通过气相色谱-质谱联用(GC-MS/MS)检测短链脂肪酸(SCFAs)水平；采用人体肠道微生态系统模拟器(SHIME)验证菌群调节作用；并进行时间杀灭试验评估抗菌活性。

全基因组分析结果

通过PacBio测序技术揭示PMC101菌株具有2,086,671 bp的环状染色体，GC含量为51.6%，含有2075个蛋白质编码序列(CDSs)。OrthoANI分析显示该菌株与已知乳酸杆菌发酵菌株相似度超过99%，证实其为该物种的新菌株。

食品级培养基优化

比较7种改良MRS培养基成分发现，FGM2培养基在维持pH3.9的同时支持菌株最佳生长，为规模化生产奠定了基础。

PMC101对CRE感染的疗效

在抗生素诱导菌群失调的小鼠模型中，PMC101处理组存活率显著提高，疾病严重程度评分从对照组的5.0降至1.9，体重损失明显改善。粪便菌群分析显示PMC101能维持正常菌群数量，同时显著降低CRK负荷量。

抑制细菌易位的机制研究

PMC101处理显著减少CRK在肺组织和肾脏中的易位，组织病理学分析显示肠道黏膜损伤明显改善。免疫分析发现IFN-γ和IL-10水平上升，而促炎因子IL-6和TNF-α水平下降。Western blot检测证实紧密连接蛋白ZO-1表达增强，肠道屏障功能改善。

对肠道微生物组的影响

宏基因组分析显示PMC101处理增加微生物群落丰富度(ACE指数)和物种多样性(Shannon指数)。特别值得注意的是，PMC101处理逆转了CRK感染导致的拟杆菌门/变形菌门比例失衡，研究者据此提出CRK易位微生物组指数(CRK-TMI)的新概念。

人体肠道微生态系统模拟

SHIME实验证实PMC101处理增加有益菌数量，减少CRK负荷，并重现了动物实验中观察到的拟杆菌门增加和变形菌门减少的现象，验证了PMC101在人体肠道环境中的菌群调节作用。

抗菌特性评估

时间杀灭试验显示PMC101的无细胞培养上清液(CFCS)能在90分钟内显著减少CRK活菌数，同时培养液pH值从6.0降至4.0以下，表明酸性环境可能参与其抗菌机制。

安全性评价

溶血活性试验显示PMC101无溶血现象，抗生素敏感性试验证实其对氨苄青霉素、红霉素等常用抗生素敏感，符合欧洲食品安全局(EFSA)的安全标准。

研究结论表明，微生物组疗法PMC101通过多重机制发挥抗CRK感染作用：直接抑制病原菌生长；调节肠道菌群平衡，提高CRK-TMI指数；增强肠道屏障功能；调节免疫反应和短链脂肪酸水平。这些发现为开发针对多重耐药菌感染的微生态疗法提供了坚实证据，特别是提出的CRK-TMI指数为评估微生态干预效果提供了新指标。尽管该研究主要聚焦于预防作用，且尚未进行临床验证，但其在解决抗生素耐药性危机方面展现的重要潜力，为后续转化研究奠定了坚实基础。