生物功能性猫源短乳杆菌（Levilactobacillus brevis）菌株：伴侣动物的潜在益生菌食品辅料

《BMC Microbiology》：Bio-functional Levilactobacillus brevis strains of feline origin: the potential probiotic food adjunct for companion animals

　　

尽管自源（autochthonous）益生菌应用被认为是宿主特异性环境的标准，但异源（allochthonous）益生菌在自然消除前的通过期间也能提供有价值的生理或治疗益处。本研究评估了七株动物园猫科动物来源的短乳杆菌（Levilactobacillus brevis）菌株的益生菌及生物功能属性，以探讨其在伴侣动物或功能食品行业中的潜在应用。采用体外方法评估其在模拟胃肠道（GIT）条件下的存活率、安全性特征（溶血活性、DNase活性和抗生素敏感性）以及生物功能潜力（抗菌、抗氧化和降胆固醇活性）。所有菌株在溶菌酶（69.0%–96.7%）、胃液（60.7%–91.3%）和胆汁浓度（在1.8%胆汁时高达78.4%–92.2%）存在下均表现出高存活率。分离株显示出强疏水性（41.7%–85.5%）和自聚集特性（29.8%–75.2%），且无毒性迹象（非溶血性和DNase阴性）。不同菌株的益生菌和生物功能特性存在显著差异（p?论文解读：猫源短乳杆菌作为伴侣动物益生菌食品辅料的研究

一、研究背景与意义

随着伴侣动物在人类生活中的地位日益重要，宠物健康与福利备受关注，肠道益生菌补充剂在宠物主人中广受欢迎。益生菌具有抗氧化、抗病原体、缓解乳糖不耐受、免疫增强、抗癌、丰富肠道有益菌群及改善高胆固醇血症等多种生物功能。乳酸菌（LAB）是最常用的益生菌类群，其中Levilactobacillus属因其独特的靶向生物功能而逐渐受到认可。然而，益生菌候选菌株的选择受宿主生理结构、免疫系统及微生物组成差异的影响。尽管宿主特异性被认为是益生菌定植的前提，但大量跨物种（异源）应用研究也证实了其对不同宿主的健康益处。

家养伴侣动物与野生猫科动物在生理和代谢上具有诸多相似性，例如高活性肝酶、极低的胃内pH（消化时1.0–2.0）以及结肠细胞优先氧化丁酸盐等。动物园圈养猫科动物因饲喂生肉而保留了较保守的肠道菌群，与饲喂商业加工日粮的伴侣动物形成鲜明对比。这些野生猫科动物适应高嘌呤和高脂肪饮食，其肠道微生物可能演变出独特的脂质代谢机制，成为降胆固醇益生菌的潜在储库。Levilactobacillus属菌株可能拥有新颖的高胆固醇血症管理机制。本研究旨在从动物园野生猫科动物粪便中分离鉴定LAB，评估其益生菌、细胞表面及生物功能特性，并探索降胆固醇的潜在机制，为伴侣动物寻找高效生物功能性益生菌菌株。

二、主要技术方法

研究样本采集自巴基斯坦拉合尔动物园、拉合尔Safari Park和拉合尔兽医与动物科学大学（UVAS），共收集53份肉食动物新鲜粪便样本（狮子、豹子、美洲狮和老虎）。采用De Man–Rogosa–Sharpe（MRS）培养基进行LAB分离，通过形态学、生化和16S rRNA基因测序鉴定菌株。体外评估包括：模拟口胃肠道（OGI）应激（溶菌酶、胃液、胆汁盐、酚）存活率；细胞表面特性（疏水性、自聚集和共聚集）；鸡胚上皮细胞黏附实验；中和细胞上清液（CFS）的抗菌活性（琼脂孔扩散法）；抗氧化活性（DPPH、羟基、超氧阴离子自由基清除）；降胆固醇相关机制（胞外多糖产生、胆固醇去除、胆汁盐水解酶（BSH）定性/定量活性及BSH基因PCR扩增）；安全性评估（溶血、DNase活性和抗生素敏感性）。所有实验均设三重复，数据采用单因素方差分析和Tukey事后检验。

三、研究结果

1. 分离、表征和鉴定

研究人员从53份粪便样本中获得168个细菌菌落，其中61株产乳酸，22株符合Levilactobacillus属基线特征（革兰氏阳性、过氧化氢酶阴性、耐酸、无芽孢、杆状）。进一步筛选出7株具有BSH活性的菌株，经16S rRNA基因测序全部鉴定为短乳杆菌（L. brevis），并分别命名为Lb I（MZ400640）、Lb II（MZ384011）、Lb III（MZ384002）、Lb IV（MZ061639）、Lb V（MZ058035）、Lb VI（MZ040404）和Lb VII（MW450245）。Lactobacillus acidophilus ATCC 4356作为参考菌株。

2. 益生菌特性

在OGI应激条件下，所有菌株均表现出高存活率。溶菌酶处理下存活率为69%–96.67%，其中Lb V最高（96.67%）；模拟胃液中Lb V和Lb VII存活率≥90%；1.8%胆汁盐中存活率为78.4%–92.21%；0.3%酚存在下所有菌株存活率（84.15%–94.42%）均优于参考菌株。结果表明这些猫源分离株具备较强的胃肠道耐受能力。

3. 细胞表面特性和黏附能力

菌株的疏水性范围为41.67%–85.53%，Lb VII最高；自聚集率为29.8%–75.06%，共聚集率为37.81%–49.33%。鸡胚上皮细胞黏附实验中，Lb I、Lb III和Lb VI显示最强黏附能力（每个上皮细胞黏附超过100个细菌），而Lb V和参考菌株黏附性较弱（70–100个）。这些特性有助于肠道定植和病原体竞争性排斥。

4. 生物功能属性

（1）拮抗活性：Lb I对李斯特菌、铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌均有抑制作用，是效力最强的菌株；Lb III和Lb VII分别对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制效果显著高于参考菌株。

（2）抗氧化活性：所有菌株的CFS表现出自由基清除能力，DPPH清除率为58.33%–72.25%，羟基清除率最高达74.89%（参考菌株），超氧阴离子清除率为56.69%–65%。多数菌株的抗氧化能力显著优于参考菌株。

（3）抗胆固醇活性及其机制：所有菌株均产生胞外多糖（EPS）。在0.3%胆汁存在下，胆固醇去除率为11.26%–25.11%，Lb III最高。半定量TLC和定量BSH分析显示，所有菌株均具有胆汁盐去结合能力，Lb I和Lb VII对牛磺胆酸钠的去结合活性显著优于参考菌株；BSH基因PCR扩增确认了该基因在所有分离株中的存在。

5. 安全性评估

所有菌株均呈非溶血性且DNase阴性，表明无致病性。抗生素敏感性测试显示，除Lb V和Lb VII外，其余菌株对克林霉素和青霉素耐药；所有菌株对克拉霉素和阿莫西林敏感。Lb V仅对克林霉素耐药，Lb VII仅对庆大霉素耐药，后者可能属于固有耐药。

四、讨论与结论

讨论部分指出，所有分离株虽属同一物种，但在OGI应激下的存活差异反映了菌株间的生理和遗传差异。细胞表面疏水性、自聚集和共聚集性能与黏附能力密切相关。与文献中犬源益生菌相比，本研究菌株的抗氧化活性更高，可能与其生长过程中分泌的次级代谢产物有关。BSH活性是降胆固醇的重要机制，这些菌株能够去结合多种胆汁盐，显示出降胆固醇潜力。安全性方面，多数菌株的抗生素耐药可能为固有耐药，但需通过全基因组测序（WGS）和计算机模拟耐药组分析进一步确认，以排除可转移性耐药风险。

结论：本研究证实了猫源短乳杆菌菌株在模拟胃肠道条件下的强大适应性和治疗潜力。通过系统评估八项益生菌参数和六项生物功能特性，研究人员发现这些野生猫科分离株比参考菌株具有更优的生理韧性。值得注意的是，虽然Lb V在OGI应激下表现出卓越存活率，但Lb VII（L. brevis MW450245）作为综合性能最优的候选菌株，兼具高细胞表面疏水性（85%）和卓越的多底物BSH活性。这些源自肉食动物的分离株为兽医益生菌提供了与伴侣动物和圈养猫科动物生理需求高度匹配的宿主相容候选菌株。此外，这些菌株的突出自由基清除和拮抗特性凸显了它们同时缓解感染性和代谢性应激（如氧化应激和高胆固醇血症）的双重能力。虽然连续传代后表型稳定性强烈提示固有、非可转移抗生素耐药性，但这仍是当前研究的一个局限。为充分降低抗菌素耐药性（AMR）传播的公共健康风险，下一步关键工作需采用高通量全基因组测序和计算机模拟耐药组分析排除外源耐药元件。最终，这些发现为未来体内临床试验奠定了严谨基础，推动了这些宿主特异性菌株向靶向功能食品和生物治疗药物转化，以对抗兽医领域的肥胖和代谢紊乱。

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