鼻黏膜定植野生型枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)的广谱抗病毒机制及临床应用前景

本研究针对猪呼吸道传染病造成的重大经济损失，通过流行病学监测发现户外饲养猪群鼻黏膜中Bacillaceae丰度与病毒检出率呈负相关。研究人员分离出具有优异黏膜定植能力和广谱抗病毒活性的B. subtilis NS12菌株，发现其分泌的新型表面活性素(surfactin)和抗氧化分子白藜芦醇(piceatannol)可通过改变病毒包膜磷脂结构和流动性抑制膜融合，为防控呼吸道病毒感染提供了基于益生菌的环境友好型新策略。

　　

猪呼吸道传染病在全球范围内造成严重经济损失，集约化养殖模式下PRRSV（猪繁殖与呼吸综合征病毒）、SIV（猪流感病毒）等病原体通过气溶胶传播导致疫情暴发。虽然疫苗接种是主要防控手段，但病毒频繁的抗原漂移和重组使疫苗保护效果有限。令人惊讶的是，流行病学调查发现户外饲养的猪群鼻病毒载量显著低于室内饲养群体，这一现象背后的机制亟待阐明。

南京农业大学的研究团队通过大规模流行病学监测和16S rRNA测序分析，发现户外猪群鼻黏膜中Bacillaceae菌科丰度显著增加，特别是B. subtilis的定植与病毒检出率呈显著负相关。研究人员从户外饲养猪鼻腔分离出14株B. subtilis，其中NS12菌株展现出最强的广谱抗病毒活性和黏膜定植能力。该研究成果发表在《Research》杂志。

研究采用多组学联用技术：通过16S rRNA测序分析鼻黏膜菌群组成；LC-MS/MS鉴定代谢产物；分子动力学模拟揭示化合物与病毒包膜相互作用；建立PRRSV、PEDV等病毒的猪和小鼠感染模型评估保护效果。样本来自中国东部丘陵地区两个中型养猪场的222头猪的鼻拭子。

B. subtilis colonization lowers nasal virus detection in pigs with outdoor access
流行病学分析显示户外饲养猪鼻腔病毒检出率显著降低（86.5%阴性 vs 室内67.6%阳性），16S测序发现其鼻黏膜中Bacillaceae丰度增加，RT-qPCR证实B. subtilis存在与病毒载量呈负相关。

Broad-spectrum antiviral activity of B. subtilis NS12 isolated from pigs with outdoor access
从户外猪分离的14株B. subtilis中，NS12对PEDV、PRV、PRRSV和SIV抑制率>60%，透射电镜显示其能稳定定植猪鼻上皮细胞达1-2周。

B. subtilis NS12 enhances host mucosal defense against various viral infections
猪PRRSV攻毒实验显示，NS12处理组体温升高幅度小，肺组织病理损伤轻，病毒载量降低；小鼠PRV模型生存率提高至66.7%，脑肺出血显著改善。

B. subtilis NS12 exerts direct antiviral effects by secreting highly stable metabolites
NS12分泌的代谢产物经121°C高压灭菌仍保持活性，其表面活性素产量达0.845 g/L，比标准株168显著提高，且细胞毒性更低（100 μg/ml时存活率近100%）。

B. subtilis NS12 produces surfactin molecules with enhanced safety and antiviral activity
质谱鉴定发现NS12产生新型C16/C17表面活性素同系物（m/z=1054/1068），对PRV抑制效果优于商业标准品，安全浓度范围更宽。

B. subtilis NS12 exerts direct antiviral effects by producing the phenolic compound piceatannol
非靶代谢组发现NS12分泌白藜芦醇（168.10±4.12 μg/L），其通过结合病毒包膜磷脂（结合率56.5%），使膜融合率从33.41%降至8.30%。

Piceatannol prevents host cell invasion by disrupting viral membrane fusion
白藜芦醇（EC₅₀<10 μM）不破坏包膜完整性，但通过改变PC/PE/PI磷脂分子构象，抑制病毒与细胞膜融合，对非包膜病毒PCV2无效果。

Piceatannol inhibits viral membrane fusion by directly targeting viral envelope lipid molecules
分子模拟显示白藜芦醇结合自由能（-179.78 kcal/mol）低于白藜芦醇（-172.85 kcal/mol），更易插入磷脂双分子层，增加膜刚性抑制融合。

该研究首次阐明鼻黏膜共生B. subtilis通过分泌表面活性素和白藜芦醇协同抗病毒的分子机制。不同于传统益生菌的免疫调节作用，NS12直接在黏膜表面形成"化学屏障"，其代谢产物通过物理化学作用改变病毒包膜特性，对多种包膜病毒均有效，且不易诱发耐药性。研究为开发非疫苗类呼吸道传染病防控产品提供了新思路，对促进畜牧业可持续发展和公共卫生安全具有重要意义。