产细菌素乳酸菌的表型与基因组特征及其在动物生产病原控制中的益生和生物技术潜力

为解决抗生素耐药性病原体在禽类养殖业的威胁，研究人员对三株产细菌素乳酸菌(LAB)进行了表型和基因组分析。研究发现Pediococcus pentosaceus LBM18、Ligilactobacillus salivarius LBM71和Lactococcus lactis LBMB2均具有耐受胆汁盐/酸性环境、黏附肠上皮细胞等益生特性，其产生的细菌素样抑菌物质(BLIS)对Salmonella spp.、Clostridium spp.和Campylobacter coli等禽类病原体具有显著抑制作用，为开发替代抗生素的饲料添加剂提供了新策略。

　　

抗生素耐药性已成为全球公共卫生的重大挑战，尤其在禽类养殖业中，长期使用抗生素作为促生长剂导致耐药病原体激增。丹麦1995年禁用禽用抗生素阿伏帕星后，万古霉素耐药肠球菌(VRE)检出率从72%降至2%，证实了养殖业抗生素使用与耐药性传播的直接关联。随着各国相继限制养殖用抗生素，寻找安全有效的替代方案迫在眉睫。乳酸菌(LAB)因其公认安全(GRAS)特性、产抗菌物质能力及免疫调节功能，被视为最具潜力的抗生素替代品之一。然而，单一LAB菌株往往难以兼具多种益生功能，且不同菌株生长动力学差异显著，这给饲料添加剂配方设计带来挑战。

中国农业科学院等机构的研究人员在《New Biotechnology》发表的研究，通过整合基因组学、计算机模拟(in silico)和体外实验(in vitro)分析框架，系统评估了三株LAB的益生潜力。研究选取了源自玉米青贮的Pediococcus pentosaceus LBM18、禽类肠道的Ligilactobacillus salivarius LBM71和虹鳟鱼肠道的Lactococcus lactis LBMB2，采用PacBio HiFi REVIO平台完成全基因组测序，结合抗生素敏感性测试、胆汁/酸耐受实验、Caco-2细胞黏附实验以及共培养抗菌实验等多项技术，全面解析了这些菌株的益生特性和生物技术应用潜力。

基因组特征与益生潜力
全基因组测序显示三株LAB均携带多种细菌素基因簇：P. pentosaceus LBM18染色体编码penocin A；L. salivarius LBM71在242 kb megaplasmid上携带plantaricin、lactacin F等6种细菌素基因；L. lactis LBMB2则具有完整的nisin-Z和lactococcin B操纵子。值得注意的是，L. salivarius LBM71的megaplasmid同时含有lnu(A)和tetM等抗生素耐药基因，存在水平转移风险。

抗生素敏感性测试
根据CLSI标准，三株LAB对临床常用抗生素表现不同敏感性：P. pentosaceus LBM18对19种测试抗生素中的11种敏感；L. lactis LBMB2对四环素敏感但携带染色体编码的tet外排泵基因；L. salivarius LBM71对链霉素和卡那霉素的MIC值超过FEEDAP标准阈值。

益生特性评估
在pH 2.0极端酸性条件下，三株LAB存活率差异显著：P. pentosaceus LBM18存活3.48 log CFU/mL，而L. salivarius LBM71达5.30 log CFU/mL。0.5%胆汁盐耐受实验中，L. lactis LBMB2表现最优（无显著生长抑制）。Caco-2细胞黏附实验显示，P. pentosaceus LBM18在4小时内保持5.23 log CFU/mL的稳定黏附量，显著优于其他菌株。

BLIS抗菌活性
P. pentosaceus LBM18产生的BLIS对沙门氏菌抑制率最高达80%，其抗菌效果可持续至1/10稀释度；L. salivarius LBM71的BLIS对艰难梭菌抑制率为43%；而L. lactis LBMB2的nisin-Z对单核细胞增生李斯特菌抑制率达73%。共培养实验中，L. salivarius LBM71能完全抑制李斯特菌和沙门氏菌生长。

讨论与意义
该研究建立的综合分析框架为LAB饲料添加剂开发提供了标准化评估流程。P. pentosaceus LBM18和L. lactis LBMB2因稳定的染色体编码特性可作为直接饲用微生物(DFM)，而L. salivarius LBM71建议采用细菌素封装技术以规避耐药基因传播风险。三株LAB的组合应用可实现协同效应：快速生长的L. lactis LBMB2提供即时保护，P. pentosaceus LBM18则通过持久定植维持长期效果。该研究为减少养殖业抗生素依赖提供了切实可行的解决方案，其创新性体现在：首次报道了虹鳟鱼源LAB在禽类病原控制中的应用潜力；发现megaplasmid携带的细菌素与耐药基因共存现象，提出了风险规避策略；通过生长动力学调整（P. pentosaceus初始浓度提高4倍）解决了混合培养中菌株竞争问题。这些发现对推动畜牧业可持续发展具有重要意义。