利用含不同益生元的甘油冻存粪便培养物体外复现人工肠道菌群及其应用研究

本研究针对传统粪菌移植(FMT)疗法中新鲜粪便来源受限和菌群结构不稳定的问题，创新性地采用含不同益生元(如果寡糖/FOS、木聚糖等)的甘油冻存粪便培养物组合，在肠道模拟器中成功构建了高保真人工肠道菌群。通过16S rRNA测序证实，该方法能有效维持双歧杆菌(Bifidobacterium)、拟杆菌(Bacteroides)等核心菌属(>10%原始丰度)，并抑制冻存后发酵过程中的杂菌增殖，为标准化FMT制剂开发提供了新思路。

　　

肠道微生物组研究近年来成为生命科学领域的热点，健康的肠道菌群与消化系统疾病、代谢综合征甚至神经系统疾病都密切相关。粪菌移植(Fecal Microbiota Transplantation, FMT)作为治疗艰难梭菌感染等肠道菌群失调疾病的有效手段，其核心挑战在于供体粪便的新鲜度要求和菌群稳定性控制。现有方法存在两大瓶颈：一是冻存过程会导致部分菌属不可逆损伤，二是单一样本难以全面复现原始菌群的结构多样性。更棘手的是，临床对冻存菌液的口服安全性要求严格，常规冻存剂二甲基亚砜(DMSO)因毒性问题无法应用于FMT制剂。

针对这些行业痛点，Bio Palette公司的研究人员在《Journal of Bioscience and Bioengineering》发表创新成果。他们另辟蹊径，采用可食用甘油作为冻存剂，将经过不同益生元(果寡糖/FOS、木聚糖、果胶、瓜尔胶)预处理的粪便培养物制成复合甘油冻存库(PE、GG、FXPG组合)，在批次式肠道模拟器中成功构建了高保真人工菌群。该研究突破性地证明，三组冻存菌的组合使用能产生"1+1+1>3"的效果——不仅维持了双歧杆菌(Bifidobacterium)、拟杆菌(Bacteroides)等核心菌属(相对丰度>原始样本的10%)，还显著提高了扩增子序列变异体(ASVs)数量，更惊喜地保留了柯林斯菌(Collinsella)、霍氏厌氧芽孢菌(Anaerobutyricum hallii)等共生菌的生态位。

关键技术方法包括：从3名健康日本志愿者(F1-F3)采集粪便样本；采用厌氧培养拭子(BD BBL Culture Swab)进行24小时内处理；使用含不同益生元的培养基进行体外发酵；16S rRNA基因扩增子测序(由日本产业技术综合研究所AIST团队完成)；生物信息学分析比较ASVs和菌属丰度。

【研究结果】

1. 粪便样本采集
   通过严格伦理审查，获取三名健康供体的新鲜粪便样本，采用医用级厌氧转运系统确保样本稳定性。

2. 甘油冻存菌群复现
   创新性地将PE(果胶+瓜尔胶)、GG(瓜尔胶)、FXPG(果寡糖+木聚糖+果胶+瓜尔胶)三组冻存菌等比例混合接种，发现组合菌群的α多样性指数显著优于单一冻存组。特别值得注意的是，FXPG组单独培养时会出现布劳特氏菌(Blautia)异常增殖，而组合培养能有效抑制这种偏差。

3. 讨论
   该研究首次系统论证了益生元组合策略对冻存菌群结构的调控作用：木聚糖促进普雷沃菌(Prevotella)定植，而果胶更利于粪杆菌(Faecalibacterium)增殖。相较于传统单一样本冻存法，这种"鸡尾酒疗法"使人工菌群的属水平相似度提升近40%。更关键的是，甘油作为冻存剂完全符合药用辅料标准，解决了DMSO的毒性隐患。

这项研究为FMT制剂标准化生产提供了可复制的技术路径，其构建的人工菌群不仅适用于体外发酵模型，未来更可能发展成为"即用型"FMT替代疗法。研究团队特别指出，该方法对维持产短链脂肪酸(SCFA)菌群的稳定性具有独特优势，这对代谢性疾病治疗具有重要价值。数据已公开于日本DNA数据库(DDBJ)，为后续研究提供了宝贵资源。