碱性嗜盐杆菌（Alkalihalobacillus wakoensis）的特性分析及体外益生菌评估：一种新型强效益生菌候选菌

《Food Science & Nutrition》：Characterization and In Vitro Probiotic Assessment of Alkalihalobacillus wakoensis as New Potent Probiotic Candidate

在研宛中评估了碱性芽孢杆菌Alkalihalobacillus wakoensis PTCC 1596的益生菌潜力，通过酸碱耐受性、酶活性、抗菌活性等指标与Bacillus clausii对照比较，发现其芽孢存活率高（95.6%±0.9%）、无毒素基因、非细胞毒性，具备肠道益生菌应用潜力。

　　在现代生物技术和医学研究中，益生菌作为一种重要的功能性微生物，被广泛应用于促进肠道健康、增强免疫系统以及预防和治疗多种疾病。本研究聚焦于一种新型益生菌——*Alkalihalobacillus wakoensis* PTCC 1596，与已知的益生菌*Shouchella clausii* ATCC 700160进行对比，以评估其作为潜在益生菌的可行性。*Bacillus*属细菌因其在恶劣环境下的强大生存能力，尤其是其形成孢子的能力，成为益生菌研究中的热点之一。

*Bacillus*属细菌是一类广泛存在于自然环境中的革兰氏阳性、杆状、能形成孢子的微生物。它们不仅在工业和农业中有着广泛的应用，还在人类健康领域展现出巨大的潜力。这些细菌能够在高温、干燥、酸性等极端条件下存活，这使得它们在益生菌制剂中具有显著的优势。相比传统的乳酸菌如*Lactobacillus*和*Bifidobacterium*，*Bacillus*属细菌在储存和运输过程中无需特殊条件，且能在胃酸中保持活性，从而更有效地定植于肠道，发挥益生作用。此外，它们还能产生多种酶类和抗菌物质，有助于调节肠道菌群、抑制病原菌生长以及增强宿主的免疫功能。

*Shouchella clausii*（原称*Bacillus clausii*）是* Bacillus*属中较为知名的益生菌之一，常以商品名Enterogermina出售。它具有较强的抗生素耐受性、良好的肠道耐受性和碱性偏好的特性，使其能够在特定的肠道环境中生存并发挥功能。临床研究表明，*S. clausii*能够调节免疫系统、恢复肠道菌群平衡，尤其适用于因抗生素使用或其他因素导致肠道菌群失调的人群。然而，尽管* S. clausii*在益生菌领域表现出色，但其在* Bacillus*属中的占比并不大，因此，探索其他具有独特生理特性的* Bacillus*属菌种，对于拓展益生菌的应用范围具有重要意义。

*Alkalihalobacillus wakoensis*，曾被分类为*Bacillus wakoensis*，是一种具有碱性偏好的孢子形成菌，主要从高pH环境如碱性湖和碱性温泉中分离出来。这种细菌的独特性质可能使其在某些特定的肠道环境中表现出优于传统益生菌的优势。例如，在小肠中，pH值相对较高，而* A. wakoensis*的碱性偏好可能使其更适应这一环境，从而在肠道中更有效地存活和繁殖。此外，其强大的环境耐受性也意味着它可能在肠道受到各种压力（如消化酶、胆汁酸等）时仍能保持活性，这对于维持肠道微生物群的稳定性和多样性具有重要意义。

本研究通过一系列体外实验，系统地评估了* A. wakoensis* PTCC 1596的益生菌特性，包括其对酸和胆汁的耐受性、抗菌活性、生物膜形成能力、细胞表面疏水性、自聚集能力、酶活性、抗生素敏感性、细胞毒性以及是否含有毒素基因。这些特性对于判断一种微生物是否适合作为益生菌至关重要，因为它们直接关系到该菌种在宿主体内的定植能力、对抗病原菌的作用、对宿主的安全性以及在不同环境条件下的稳定性。

在酸和胆汁耐受性方面，研究发现* A. wakoensis*的孢子在pH 2.5的环境中存活率高达95.6% ± 0.9%，并且能够耐受0.5%的胆汁盐。这一结果表明，该菌种具有良好的胃酸耐受能力，能够在胃部的酸性环境中存活，并顺利进入肠道。同时，其对胆汁盐的耐受性也意味着它能够在肠道中抵抗胆汁的破坏作用，从而维持其活性并发挥益生功能。相比之下，* S. clausii*作为对照组，也表现出相似的耐受性，但* A. wakoensis*的高存活率显示出其在某些条件下的优势。

在抗菌活性方面，研究评估了* A. wakoensis*和* S. clausii*的细胞外产物（CFS）对多种临床相关细菌的抑制效果。实验结果显示，* A. wakoensis*能够有效抑制如* Staphylococcus aureus*、* Pseudomonas aeruginosa*、* Escherichia coli*等病原菌的生长，表明其具有一定的抗菌能力。这一特性对于预防肠道感染、维持肠道菌群平衡具有潜在价值。同时，研究还确定了其最小抑菌浓度（MIC）和最小杀菌浓度（MBC），进一步明确了其抗菌活性的强度和范围。

抗生素敏感性测试则揭示了* A. wakoensis*对多种抗生素表现出较高的敏感性，例如氯霉素、庆大霉素等。这一结果表明，该菌种在使用抗生素治疗时不会对宿主的抗菌药物产生耐受性，从而在宿主肠道中不会干扰正常的抗生素治疗。此外，该菌种未检测到可检测的质粒和与肠毒素相关的基因（如*hblA*、*hblC*、*hblD*、*nheA*、*nheB*、*bceT*、*cytK*等），进一步证明了其在安全性方面的优势。这意味着* A. wakoensis*在宿主体内不会产生有害的毒素，从而降低了其作为益生菌使用时的潜在风险。

在酶活性方面，* A. wakoensis*能够产生过氧化氢酶、蛋白酶和纳豆激酶。这些酶类在益生菌功能中发挥重要作用。过氧化氢酶有助于分解宿主体内的过氧化氢，从而减少氧化应激对肠道细胞的损伤；蛋白酶可以促进营养物质的消化和吸收，有助于宿主的营养代谢；纳豆激酶则具有抗凝血和促进血液循环的作用，可能对心血管健康产生积极影响。这些酶的活性不仅反映了* A. wakoensis*的代谢能力，也为其在肠道中的功能提供了理论支持。

细胞表面疏水性和自聚集能力是益生菌定植肠道的重要指标。研究发现，* A. wakoensis*表现出中等程度的细胞表面疏水性（47.1% ± 3.12% 对二甲苯），这有助于其在肠道中与其他微生物相互作用，从而影响肠道菌群的结构和功能。自聚集能力方面，* A. wakoensis*在1小时后自聚集率为7.0% ± 1.2%，表明其在肠道中具有一定的聚集能力，这可能有助于其在肠道内形成稳定的菌群结构，从而增强其益生作用。

生物膜形成能力是衡量益生菌在肠道中定植和维持稳定性的另一个重要指标。研究发现，* A. wakoensis*的生物膜形成能力低于* S. clausii*，这可能意味着其在肠道中更容易被清除，但同时也表明其不会形成有害的生物膜，从而降低了对宿主组织的潜在附着风险。这一特性在益生菌的应用中具有重要意义，因为生物膜的形成可能与某些病原菌的致病机制相关。

在细胞毒性方面，研究使用HepG-2细胞进行实验，结果显示* A. wakoensis*的细胞外产物（CFS）对细胞无毒性，并且可能增强细胞的存活率。这一结果表明，该菌种在宿主体内不会对肠道上皮细胞造成伤害，从而确保其在肠道中的安全使用。此外，其细胞外产物的潜在促细胞活性作用可能对肠道健康产生积极影响。

本研究还通过一系列实验评估了* A. wakoensis*的其他关键特性，包括其是否具有β-溶血、DNase活性以及胶原酶活性。结果显示，该菌种表现出一定的溶血活性，但未显示出强烈的β-溶血特征，这表明其在宿主体内可能不会对红细胞造成显著破坏。DNase活性的检测则表明该菌种能够降解DNA，这可能有助于调节肠道菌群的组成和功能。而胶原酶活性的检测结果显示其能够分解胶原蛋白，这可能对肠道黏膜的健康和修复具有潜在作用。

综合来看，* A. wakoensis* PTCC 1596在多个关键益生菌特性方面表现出色，尤其是在酸和胆汁耐受性、抗菌活性和安全性方面。尽管其生物膜形成能力略低于* S. clausii*，但其碱性偏好的特性使其在某些肠道环境中具有独特优势。这些结果表明，* A. wakoensis*可能是一种具有广泛应用前景的益生菌候选菌种，特别是在那些肠道pH值较高或存在胃酸破坏风险的人群中。

本研究的意义在于，它为* Alkalihalobacillus wakoensis*作为益生菌的潜在应用提供了科学依据。通过与已知益生菌* S. clausii*的对比，研究人员不仅评估了* A. wakoensis*的益生特性，还揭示了其在特定肠道环境下的适应性和功能优势。这些发现有助于进一步拓展益生菌的应用范围，特别是在那些传统益生菌可能无法有效发挥作用的特殊人群或环境中。此外，研究还强调了在益生菌筛选过程中，综合考虑多种生理和功能特性的重要性，这为未来益生菌的开发和应用提供了新的思路和方向。

随着人们对肠道健康和微生物群落研究的深入，益生菌的应用正变得越来越广泛。从营养补充到疾病预防，益生菌在现代医学和健康管理中扮演着越来越重要的角色。* A. wakoensis*的研究不仅拓展了我们对* Bacillus*属益生菌的认识，还为开发新型益生菌产品提供了可能。未来的研究可以进一步探索该菌种在人体内的实际效果，以及其与其他益生菌的协同作用，从而推动其在临床和工业中的应用。此外，该菌种的碱性偏好特性可能为个性化益生菌配方的开发提供新的思路，使其能够更精准地适应不同个体的肠道环境需求。

总的来说，本研究通过系统的体外实验，展示了* A. wakoensis* PTCC 1596作为潜在益生菌的可行性，并为其在益生菌领域的进一步研究和应用奠定了基础。随着更多关于该菌种的研究开展，我们有望更好地理解其在肠道健康中的作用，并探索其在不同人群和环境中的应用潜力。这不仅有助于提升益生菌产品的多样性，也为未来的肠道微生物研究提供了新的方向和视角。