从血液中分离出的Lacticaseibacillus rhamnosus菌株的基因组特征

《PLOS One》：Genomic characteristics of Lacticaseibacillus rhamnosus strains isolated from blood

益生菌乳酸乳球菌血源性菌株基因组多样性及功能特征分析，通过混合测序技术（Illumina/Oxford Nanopore）揭示7株血液来源菌株基因组高度相似于肠道、阴道及乳制品中菌株，但与常用益生菌GG株差异显著。基因分析发现产细菌素、粘附相关基因（如spaCBA、LPXTG）与致病性基因存在重叠，提示益生菌菌株选择需严格评估菌株特异性及潜在致病风险

　　本研究聚焦于一种名为*Lacticaseibacillus rhamnosus*的乳酸菌，这种细菌因其在健康促进方面的广泛应用而受到广泛关注，常用于食品和膳食补充剂的生产。尽管其在多数情况下被认为具有益生功能，但也有报道指出，某些情况下它可能引发不良反应，尤其在免疫力较低的人群中，甚至可能引发严重的感染。为了更全面地理解该菌种的遗传特性，研究人员对从血液中分离出的七种*L. rhamnosus*菌株进行了全基因组测序和分析，以探索其潜在的益生功能与致病能力之间的关系。

本研究采用了一种混合测序方法，结合了Illumina和Oxford Nanopore两种技术。这种方法能够更有效地获取完整的细菌基因组信息，为细菌的精确分类和功能解析提供了可靠的基础。通过对这些基因组进行分析，研究人员发现这些菌株的基因组大小在2.96到3.13兆碱基之间，GC含量为46.7%至46.8%。这些数据与之前文献中关于*L. rhamnosus*菌株的描述一致，进一步验证了研究的可靠性。

在比较分析中，研究人员将这些血液来源的菌株与来自不同环境的*L. rhamnosus*菌株进行了对比，包括植物、乳制品、膳食补充剂、肠道和泌尿生殖道微生物群，以及来自不同地理区域的临床样本。分析结果表明，这些菌株在遗传上与多种来源的菌株具有一定的相似性，但并未显示出与广泛使用的益生菌株*L. rhamnosus* GG的显著关联。这一发现表明，虽然*L. rhamnosus*在某些方面具有益生特性，但其不同菌株之间可能存在显著的遗传差异，从而影响其功能表现。

进一步的基因功能分析揭示了这些菌株中与益生特性、粘附能力、潜在致病性和细菌素合成相关的基因。值得注意的是，一些与益生菌功能相关的基因也与病原微生物中的致病因子存在重叠。这提示我们，在选择*L. rhamnosus*菌株用于益生产品时，需要对菌株进行细致的基因水平分析，以确保其安全性。某些基因可能在特定环境下发挥积极作用，但在其他情况下可能对健康产生不利影响，尤其是对于免疫力较低的人群。

研究人员还利用了核心基因组多位点序列分型（cgMLST）方法，以确定菌株之间的进化关系。这种方法能够有效区分不同菌株，并且在本研究中被用于构建最小生成树（MST）以展示菌株间的遗传距离。结果表明，这些血液来源的菌株与不同来源的*L. rhamnosus*菌株具有一定的亲缘关系，但它们在遗传特征上表现出较大的多样性。此外，研究人员还分析了这些菌株中的噬菌体和CRISPR-Cas系统，发现这些元件在菌株间也存在显著差异，可能对菌株的适应性和功能产生影响。

在CRISPR-Cas系统方面，研究发现四株菌株中存在完整的CRISPR模块，其中包含多个不同的spacer序列。这些spacer序列可能在细菌的进化过程中发挥重要作用，通过识别外来遗传物质来保护细菌免受噬菌体感染。然而，值得注意的是，某些spacer序列与病原微生物的基因组相似，这可能意味着它们在某些情况下具有潜在的致病性。尽管如此，所有菌株在整体上并未被归类为病原体，这表明其致病性可能并不普遍，或者需要特定条件才能显现。

基因功能分析还揭示了这些菌株中与细菌素合成相关的基因，这表明它们在竞争性生长和生态适应方面可能具有一定的优势。细菌素是某些细菌产生的一种抗菌物质，能够抑制其他微生物的生长，从而在特定的生态位中占据优势。然而，这些细菌素基因的存在并不意味着所有菌株都具有相同的益生功能，因为它们可能在不同的环境条件下表现出不同的行为特征。

此外，研究还发现这些菌株中存在多种与粘附相关的基因，如sortase和spaCBA相关基因。这些基因可能帮助细菌在宿主肠道中定植，并与其他微生物形成复杂的相互作用。然而，它们也可能在某些情况下促进细菌的致病性，尤其是在宿主免疫系统受损的情况下。因此，这些基因的存在和功能需要在特定的环境背景下进行综合评估。

总体而言，本研究通过对七种*L. rhamnosus*菌株的全基因组测序和分析，揭示了该菌种在不同环境和宿主中的广泛存在及其高度的遗传多样性。研究结果表明，虽然*L. rhamnosus*具有许多有益的特性，但其基因组中也存在可能与致病性相关的元素。因此，在实际应用中，应更加注重菌株的个体差异，避免使用可能对特定人群造成不良影响的菌株。这种研究方法不仅有助于深入理解*L. rhamnosus*的生物学特性，也为益生菌的合理选择和安全使用提供了科学依据。