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为探究产电益生菌电信号特征及应用，大连大学研究人员检测了肠膜明串珠菌（L. mesenteroides）和乳酸乳球菌（L. lactis）的电信号。发现二者电信号谱不同，还找到独特信号。这为评估益生菌等疗法疗效提供依据。
在人体的肠道里，居住着数万亿个微生物小伙伴，它们可不是 “吃白饭” 的。有些微生物，比如肠球菌、葡萄球菌等，有着神奇的产电能力，就像一个个小小的 “发电站”。其中，产电益生菌肠膜明串珠菌（L. mesenteroides）和乳酸乳球菌（L. lactis）也不例外，它们能通过细胞外电子转移（EET）来产生电能 。以往，科学家们大多在体外利用微生物燃料电池（MFC）来研究单个细菌的产电情况，但在复杂的体内环境中，要想准确检测单个细菌产生的电活动可太难了。而且，不同细菌发酵不同底物产生的电信号模式可能不一样，要是能找到这些独特的电信号模式，就能像给细菌贴上 “专属标签” 一样，在混合培养物和体内微生物组中精准识别它们。另外，目前用于微生物组分析的聚合酶链反应（PCR）技术和下一代测序（NGS）技术，虽然能揭示基因序列，但无法实时动态监测微生物组的变化。在这样的背景下，为了解决这些难题，大连大学的研究人员开展了一项关于产电益生菌电信号的研究。这项研究成果发表在《Applied Microbiology and Biotechnology 》上，为微生物疗法的评估带来了新的希望。
研究人员用到的主要关键技术方法包括：首先构建了自组装电路，分别在鸡胚绒毛尿囊膜和小鼠肠道中检测细菌电信号；采用 ferrozine 测定法，来判断细菌是否产电；运用自我注意力机制（一种深度学习模块）分析电信号光谱，找出独特信号；还利用 Pearson 相关系数分析不同样本电信号光谱的相似性 ，并通过统计分析来确定实验结果的显著性。
研究结果如下：
- ferrozine 测定法表征产电益生菌：在 ferrozine 测定实验中，当在含有葡萄糖的情况下，将肠膜明串珠菌或乳酸乳球菌添加到 96 孔测定板上时，会诱导形成深紫色的琼脂，比色定量显示此时形成的亚铁 - ferrozine 复合物最多。这表明在葡萄糖存在时，这两种益生菌能通过产生电子将铁离子转化为亚铁 - ferrozine 复合物。
- 鸡胚绒毛尿囊膜作为体内电检测平台：研究人员制作了带有微型阳极和阴极的电路，在鸡胚绒毛尿囊膜上进行实验。结果发现，接种了含 2% 葡萄糖的肠膜明串珠菌或乳酸乳球菌后，能检测到明显的电信号波动。而且，与其他对照组相比，添加葡萄糖的益生菌产生的电量更高。这说明鸡胚绒毛尿囊膜可作为平台监测体内益生菌的电活动，且这两种益生菌在该环境下能代谢葡萄糖产电。
- 动态监测补充葡萄糖的益生菌电信号：记录鸡胚绒毛尿囊膜上的电压变化，结果显示，在 2% 葡萄糖存在时，肠膜明串珠菌和乳酸乳球菌引发的电信号波动明显，电压分别可达约 10mV 和 20mV，而对照组电压变化值大多低于 5mV 。Pearson 相关系数分析表明，不同样本产生的电信号光谱差异较大，且这两种益生菌的电信号光谱可明显区分。通过计算电信号光谱曲线下面积来量化电量，发现添加葡萄糖的益生菌产电量最高。
- 两种益生菌产生的电信号光谱不同：利用自我注意力机制分析发现，肠膜明串珠菌在添加 2% 葡萄糖时，在 36、76、109、131 和 172 秒出现的 5 个峰值信号具有较高注意力分数；乳酸乳球菌则在 22、60、143、161 和 175 秒出现的 5 个峰值信号注意力分数较高 。当两种细菌混合培养时，仍能检测到各自的部分特征峰值信号。在小鼠肠道实验中，也检测到了两种细菌各自独特的多个峰值信号，且部分信号在鸡胚绒毛尿囊膜和小鼠肠道中都存在。这表明两种细菌的电信号光谱在不同体内环境中都可区分。
研究结论和讨论部分指出，本研究成功检测到肠膜明串珠菌和乳酸乳球菌在鸡胚绒毛尿囊膜和小鼠肠道中的电信号，发现乳酸乳球菌在有氧条件下（鸡胚绒毛尿囊膜含血红素）产电量比肠膜明串珠菌高。而且，两种细菌的体内电信号光谱可作为评估益生菌或抗生素治疗胃肠道疾病疗效的生物标志物。不过，研究也存在一些局限，比如实验中使用的电子供体只有葡萄糖，未来可研究不同电子供体对细菌电信号的影响；同时，还需要更多实验来验证自我注意力机制筛选出的电信号的特异性，并且要解决体内生物信号易受宿主生理活动干扰的问题。尽管如此，本研究利用自我注意力分析电信号光谱，为实时监测微生物组动态变化开辟了新道路，有望推动微生物疗法的精准发展，让我们对肠道微生物与健康的关系有更深入的认识，为未来相关疾病的治疗和预防提供了新的思路和方向。
