婴儿源双歧杆菌在人乳寡糖与低聚半乳糖利用中的代谢多样性及竞争互作机制研究

为解决婴儿肠道菌群定植和免疫发育的关键问题，研究人员针对15株婴儿源双歧杆菌开展HMO（2′-FL/LNT）和GOS-HP代谢能力的系统研究，揭示了菌株特异性GH基因与转运蛋白的协同作用机制，发现LNT发酵群落更接近母乳喂养婴儿的菌群结构，为精准设计婴儿配方奶粉提供了理论依据。

　　

母乳喂养婴儿的肠道菌群中，双歧杆菌(Bifidobacterium)占据主导地位，这种优势与母乳中独特的人乳寡糖(Human Milk Oligosaccharides, HMO)密切相关。HMO作为母乳第三大固体成分，不能被婴儿直接消化吸收，而是选择性促进特定双歧杆菌的生长，进而塑造婴儿肠道微生态并调节免疫系统发育。然而，由于HMO结构复杂且商业化生产受限，目前婴儿配方奶粉多采用低聚半乳糖(Galacto-oligosaccharides, GOS)作为替代成分，但其功能等效性仍不明确。更关键的是，尽管单株双歧杆菌的HMO代谢通路已有研究，但多菌株共存时的竞争互作机制仍是空白。

针对这一科学问题，江南大学食品微生物资源与生物技术研究室的研究团队在《Journal of Dairy Science》发表重要成果。研究人员从中国不同地区婴儿粪便中分离15株代表性双歧杆菌（涵盖5个种/亚种），通过整合生长动力学、底物消耗分析和基因组学方法，系统解析了这些菌株对2′-岩藻糖基乳糖(2′-FL)、乳糖-N-四糖(LNT)和高纯度GOS(GOS-HP)的代谢特征及竞争规律。

研究采用的关键技术包括：基于微孔板读数仪的厌氧生长曲线监测、高效液相色谱-质谱联用技术(HPLC-MS)定量HMO消耗、高效阴离子交换色谱(HPAEC)解析GOS-HP聚合度(DP)利用特征，以及通过dbCAN2和SignalP 5.0预测糖苷水解酶(GH)家族和分泌信号肽。所有菌株均来自中国江苏、山东等6个省份的母乳喂养婴儿粪便样本，保存于江南大学食品微生物菌种保藏中心(CCFM)。

碳水化合物利用能力评估
生长曲线显示所有菌株在LNT和GOS-HP上均表现良好，而2′-FL利用呈现显著种间差异。其中两株B. bifidum（BBF_7M4和BBF_9M8）及B. longum ssp. infantis BLI_50M1对2′-FL的利用率达98-100%，基因组分析揭示这与它们富含GH29（α-L-岩藻糖苷酶）和GH95（内切糖苷酶）基因密切相关。

寡糖利用谱分析
HPAEC-DP分析发现B. breve和B. dentium能广泛利用DP2-6的GOS组分，而B. longum ssp. infantis偏好DP2-3短链结构。值得注意的是，某些支链GOS结构（如峰23）仅被特定菌株代谢，表明双歧杆菌对复杂碳水化合物存在精细的酶学分工。

碳水化合物利用的基因型分析
B. bifidum采用独特的"胞外酶策略"：分泌GH136（乳糖-N-生物苷酶）等酶将HMO切割为小分子后吸收；而B. longum ssp. infantis则通过ABC转运蛋白（如FL-BP、GL-BP）与胞内GH协同实现高效利用。研究发现GH基因多样性（特别是GH2/GH20/GH29/GH33/GH42/GH95/GH112/GH136）比转运蛋白分布更能预测菌株的底物利用效率。

HMO的竞争性利用
五菌株共培养实验揭示动态演替规律：B. dentium凭借GH2/GH42优势早期主导（利用游离乳糖），后期被擅长寡糖代谢的B. breve和B. longum ssp. infantis取代。特别重要的是，LNT培养48小时的菌群组成（B. breve占76.3%）与母乳喂养婴儿肠道菌群高度相似，而2′-FL培养组此特征不明显。

这项研究首次系统揭示了婴儿源双歧杆菌在HMO和GOS利用中的代谢分层与竞争法则。发现LNT比2′-FL更能复现母乳喂养的菌群特征，为配方奶粉中HMO/GOS的精准配伍提供了科学依据。研究强调应考虑中国婴儿菌株的区域特性，建议开发DP特异的GOS/HMO组合配方，通过调控GH活性靶向富集有益菌株。未来需在复杂菌群环境和体内实验中验证这些发现，以真正实现"母乳模拟"的婴幼儿营养策略。论文通过将微生物生态学见解转化为营养设计原则，为缩小配方奶与母乳喂养儿的健康差距开辟了新路径。