核心肠道微生物Mediterraneibacter gnavus产生的广谱细菌素mediterrocin及其在微生物组失衡中的作用

这篇研究揭示了核心肠道菌群成员Mediterraneibacter gnavus（原名Ruminococcus gnavus）产生的广谱细菌素mediterrocin，通过生物活性引导分离和基因敲除验证其功能。该细菌素对炎症性肠病（IBD）相关菌株具有选择性抑制，并影响多种肠道共生菌和病原体（如Morganella morganii），为理解微生物竞争机制及疾病相关菌群失衡提供了新视角。

　　

核心肠道菌的“分子武器”：广谱细菌素mediterrocin的发现与功能解析

ABSTRACT

人类肠道中稳定多样的微生物群落与健康密切相关，而调控其结构的因素尚不明确。本研究从核心肠道菌Mediterraneibacter gnavus（原Ruminococcus gnavus）中发现了细菌素mediterrocin。通过临床菌株筛选和生物活性引导分离，从菌株RJX1121中纯化出这一89个氨基酸的分泌蛋白，并经基因敲除验证其功能。该细菌素对包括IBD患者分离株在内的多种M. gnavus菌株具有差异敏感性，且能抑制Lachnospiraceae家族成员及革兰阴性病原体Morganella morganii。

IMPORTANCE

M. gnavus作为肠道核心菌与多种疾病相关，其产生的mediterrocin可能通过微生物竞争参与健康向菌群失衡（dysbiosis）的转变。该细菌素在Lachnospirales和Eubacteriales目广泛分布，但仅在M. gnavus特定进化支中保守，健康相关菌株产生的mediterrocin可抑制疾病相关菌株生长。

RESULTS

1. 纯化与鉴定

通过10 kDa超滤和热稳定性实验确认mediterrocin为蛋白质类细菌素。强阴离子交换层析（SAX）和尺寸排阻层析（SEC）纯化后，LC-MS/MS鉴定其成熟形式为89个氨基酸（去除25个信号肽）。AlphaFold预测其结构与乳酸球菌素lcn972相似，均为β-折叠构象。

2. 抗菌谱特征

在10株M. gnavus中，RJX1125、RJX1128等IBD分离株最敏感（MIC=1.25 μg/mL），而产菌株RJX1121和标准菌ATCC29149具有抗性。广谱活性测试显示，其对Dorea longicatena、Blautia obeum等共生菌及病原体Morganella morganii也有抑制作用。

3. 基因簇分析

mediterrocin生物合成基因簇（BGC）包含推定免疫蛋白（DUF1430结构域）和ABC转运蛋白。该基因在Bacillota门（原Firmicutes）中广泛分布，但M. gnavus内呈进化支特异性，健康相关菌株（如CC55_001C）携带该基因。

4. 临床相关性

宏基因组数据显示80.18%人类肠道样本存在mediterrocin基因。MetaPep分析在IBD和1型糖尿病队列中检测到其表达，提示其在宿主生态中的潜在作用。

DISCUSSION

mediterrocin的发现揭示了M. gnavus菌株间竞争的分子机制：健康相关菌株可能通过该细菌素抑制促炎菌株定植。其与lcn972的结构相似性暗示可能靶向细胞壁合成，而差异敏感性或与免疫蛋白表达相关。未来研究需明确其在疾病相关菌群失衡中的生态角色，或为靶向菌株（而非物种）的微生态疗法提供新策略。

MATERIALS AND METHODS

研究采用严格厌氧培养（5% H₂/85% N₂/10% CO₂）和定义培养基（DM）。通过ClosTron系统构建基因敲除突变体，结合全基因组测序和LC-MS/MS验证功能。活性检测采用OD₆₀₀生长曲线分析，统计学显著性设定为P<0.05（GraphPad Prism）。