牛饲料益生菌候选菌株Limosilactobacillus fermentum CRL2085的基因组特征与益生特性解析

这篇研究通过全基因组测序(WGS)和表型分析，揭示了从牛饲料中分离的Limosilactobacillus fermentum CRL2085的益生潜力。该菌株携带15个基因组岛和CRISPR-Cas系统，具有耐酸胆盐、氧化应激耐受、粘附性及胞外多糖(EPS)合成等关键基因，并通过体外实验验证了其代谢42种碳源的能力。基因组安全性评估未发现毒力因子，且含有B族维生素合成和阿魏酸酯酶基因，为开发替代抗生素的牛用益生菌提供了理论基础。

　　

基因组特征与系统发育分析

Limosilactobacillus fermentum CRL2085的基因组大小为1.91 Mb，GC含量52.22%，包含1941个编码基因。通过比较基因组分析发现，该菌株与分离自人类阴道和发酵木薯的菌株亲缘性较高，且泛基因组分析显示其具有开放型基因组特征，核心基因仅占9.7%。系统发育树显示其与L. gorilla物种相近，而基于辅助基因组的聚类未表现出明显的生态位特异性，印证了该物种从宿主适应到自由生活方式的进化逆转假说。

益生功能相关基因

基因组中鉴定出34个碳水化合物活性酶(CAZymes)，以糖基转移酶(GT2/GT4)和糖苷水解酶(GH73)为主，支持其对植物源性多糖（如淀粉、纤维二糖）的代谢能力。通过Biolog AN微孔板实验证实，该菌株能高效利用α-酮戊二酸、帕拉金糖等42种碳源。耐酸胆盐相关基因包括F₀F₁-ATP合成酶、磷酸转移酶系统(PTS)和精氨酸脱亚胺酶系统(ADS)，而氧化应激耐受涉及groEL/groES伴侣蛋白和硫氧还蛋白系统。

安全性评估与特殊代谢途径

耐药基因预测发现四环素耐药基因tetA/tetO和多重耐药转运蛋白编码基因emrB，但表型实验显示其对8种抗生素敏感。值得注意的是，菌株含有完整的核黄素(rib基因簇)和叶酸(fol基因簇)合成通路，以及阿魏酸酯酶基因，可提升饲料中铁和膳食纤维的生物利用率。

表型验证实验

在含蔗糖的MRS培养基中，CRL2085表现出明显的EPS产生能力，其基因组预测到3个EPS合成簇，包含gtf2/gtf4基因和GH70家族右旋糖酐蔗糖酶。粘附实验显示其对Caco-2细胞的粘附率为0.32%，虽低于对照菌株L. rhamnosus GG，但体内实验已证实其可定植于牛肠道并改善生产性能。

应用前景与局限性

该菌株的基因组可塑性（含81个转座酶）和CRISPR-Cas系统为其适应性提供优势，但需进一步优化给药剂型（如微胶囊化）以增强胃肠道存活率。结合其降解植物细胞壁多糖和合成维生素的能力，CRL2085有望成为替代抗生素的功能性饲料添加剂，但需开展长期饲喂试验评估对瘤胃微生物组的影响。