植物乳杆菌通过调控酪丁酸梭菌关键基因表达促进丁酸合成的多组学机制研究

本研究通过整合转录组学(RNA-seq)和代谢组学(UHPLC-MS/MS)技术，首次揭示植物乳杆菌(L. plantarum)与酪丁酸梭菌(C. tyrobutyricum)共培养时，通过上调ldh(2.02倍)、pyk(2.87倍)等关键基因表达，重构糖酵解-丙酮酸代谢-丁酸合成通路，使丁酸产量提升4.58倍。该发现为开发靶向肠道丁酸(butyric acid)的益生菌组合提供理论依据。

　　

Highlight亮点

本研究首次阐明植物乳杆菌(L. plantarum)通过代谢互作提升酪丁酸梭菌(C. tyrobutyricum)丁酸产量的分子机制，为开发靶向肠道健康的益生菌组合奠定基础。

Physicochemical properties analysis 理化性质分析

如图1B所示，与单培养相比，共培养体系中植物乳杆菌的OD₆₀₀从0.62±0.04显著提升至1.00±0.03，同时酪丁酸梭菌的丁酸产量大幅增加。单培养时植物乳杆菌产生的乳酸(9.49±0.11 g/L)和乙酸(3.09±0.09 g/L)浓度显著高于共培养体系，表明酪丁酸梭菌能有效利用这些代谢产物。

Discussion 讨论

微生物共培养技术通过协同作用显著提升代谢能力。我们的多组学分析显示，植物乳杆菌通过上调酪丁酸梭菌中乳酸脱氢酶(ldh)和乙酰辅酶A转移酶(cat)等基因表达(分别上调3.35倍和2.77倍)，促进乳酸向丙酮酸转化，缓解底物抑制并增加乙酰辅酶A积累，最终优化丁酸合成效率。

Conclusion 结论

共培养体系通过激活糖酵解和丙酮酸代谢通路，驱动酪丁酸梭菌的代谢重编程。转录组数据显示，与能量代谢和丁酸合成相关的基因表达发生显著改变，特别是参与乳酸利用和短链脂肪酸合成的关键基因。这些发现为开发提高肠道丁酸水平的共生益生菌制剂提供了新策略。