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为解决抗菌肽（AMPs）体内递送不稳定及沙门氏菌（S. Infantis）感染治疗难题，研究人员开展工程化枯草芽孢杆菌 WB600/ZD 表达 Zophobas atratus defensin（ZD）的研究。结果显示，该菌可减轻肠道炎症、调节菌群。这为防治细菌肠道感染提供了新策略。
在动物和人类的健康领域，肠道感染一直是个令人头疼的问题。沙门氏菌（Salmonella Infantis，S. Infantis）作为一种人畜共患的病原体，不仅会给人类带来麻烦，还严重影响着猪、家禽、牛等家畜的健康。被它感染后，无论是人还是动物，都可能出现从轻微到严重的胃肠道问题，像腹泻、生长速度下降，甚至可能发展成全身性感染，这不仅降低了动物的生产力，还增加了二次感染的风险。更糟糕的是，越来越多的 S. Infantis 菌株出现了多重耐药的情况，这使得治疗相关感染疾病变得异常困难。
与此同时，抗菌肽（Antimicrobial Peptides，AMPs）作为维持肠道内微生物平衡的 “小能手”，有着巨大的治疗潜力。它不仅能抗菌，还具备免疫调节功能。其中，ZD 是研究团队从 Zophobas atratus 血淋巴中发现的一种抗菌肽，对多种病原菌都有显著的抑菌活性。然而，AMPs 在体内递送时很不稳定，胃酸等环境因素很容易让它们 “失活”，还没发挥作用就被降解了，这大大限制了它们在治疗肠道细菌感染方面的效果。
为了解决这些问题，中国农业大学的研究人员开展了一项重要的研究。他们通过基因工程手段，对枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）WB600 进行改造，让它能够表达并分泌 ZD，构建出了工程益生菌 WB600/ZD。经过一系列实验，研究人员发现，WB600/ZD 有着令人惊喜的效果。这项研究成果发表在《Veterinary Research》上，为肠道感染的防治带来了新的希望。
在研究过程中，研究人员用到了几个主要的关键技术方法。首先，通过基因工程技术构建表达 ZD 的工程菌 WB600/ZD；然后，建立小鼠感染模型，将小鼠分为多个实验组，包括对照组（CON）、S. Infantis 感染组（SI）、WB600 预处理组（WB600 + SI）和 WB600/ZD 预处理组（WB600/ZD + SI）；接着，运用实时荧光定量 PCR（Real-time PCR）、蛋白质免疫印迹（Western blotting）、免疫组化（Immunohistochemical staining）、免疫荧光（Immunofluorescence staining）等实验技术，从分子、细胞和组织层面进行检测分析；最后，利用 16S rRNA 基因测序和 KEGG 通路分析，探究肠道菌群的变化及潜在机制。
下面来看看具体的研究结果：
- WB600/ZD 的构建及 ZD 表达检测：研究人员成功构建了 WB600/ZD 表达系统，在重组菌株的培养上清液中检测到了分泌的 ZD。并且，该菌株发酵液上清对 S. Infantis、大肠杆菌（Escherichia coli）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）等病原菌的生长有抑制作用。
- 口服 WB600/ZD 预防小鼠 S. Infantis 诱导的临床症状：实验表明，WB600/ZD 预处理能有效防止小鼠因 S. Infantis 感染出现的体重减轻、体温升高、粪便干湿比下降、粪便评分增加、肠道 transit 率改变以及结肠长度缩短等情况。同时，还能减少 S. Infantis 对肝脏和脾脏的侵袭，降低肝脏和脾脏指数，减轻组织病理损伤。
- 口服 WB600/ZD 预防 S. Infantis 诱导的肠道屏障功能障碍：在回肠中，WB600/ZD 预处理显著增加了紧密连接蛋白（tight junction proteins，TJPs）如 claudin-1、occludin 和 ZO-1 的表达，还能维持黏蛋白相关基因 MUC2、TFF3 和 GAL3ST2 的表达，增强肠道屏障和黏膜功能。
- 口服 WB600/ZD 预防 S. Infantis 诱导的氧化应激：WB600/ZD 预处理可恢复 S. Infantis 感染导致的核因子 E2 相关因子 2（nuclear factor erythroid-related factor 2，Nrf2）和血红素加氧酶 - 1（heme Oxygenase-1，HO-1）水平下降，降低血清中丙二醛（malondialdehyde，MDA）浓度，提高总抗氧化能力（total antioxidant capacity，T-AOC）以及抗氧化酶如过氧化氢酶（catalase，CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）和超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）的活性，同时防止髓过氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）水平升高。
- WB600/ZD 预处理抑制 S. Infantis 感染小鼠的炎症反应：WB600/ZD 预处理抑制了 S. Infantis 诱导的 NF-κB 通路激活，下调了 p-IκB 和 p-P65 的表达，同时显著抑制了回肠和空肠中促炎细胞因子基因 TNF-α、IL-1β 和 IL-6 的表达，减轻小肠损伤。
- 口服 WB600/ZD 改善小鼠结肠菌群多样性：研究发现，WB600/ZD 预处理影响了小鼠肠道菌群的组成，增加了菌群的丰富度和多样性。在属和门水平分析中，发现它能增加有益菌如毛螺菌科（Lachnospiraceae）、嗜木聚糖真杆菌（Eubacterium_xylanophilum）、Clostridia_UCG-014 和 Alistipes 的丰度，降低病原菌如埃希氏菌 - 志贺氏菌属（Escherichia-Shigella）和沙门氏菌的丰度。通过 PICRUSt2 预测，WB600/ZD 可能通过调节细胞增殖和免疫功能等信号转导途径，促进病原菌的清除和肠道屏障功能的修复。
综合研究结论和讨论部分，这项研究成功构建了能表达和分泌 ZD 的工程菌 WB600/ZD，证实了它对 S. Infantis 诱导的肠道炎症有保护作用。其作用机制包括增强肠道屏障功能、提高抗氧化能力、抑制炎症反应以及调节肠道菌群平衡。这为治疗细菌引起的肠道炎症提供了新的理论依据和潜在的治疗方法，有望在未来成为对抗肠道感染的有力武器，帮助人类和动物更好地抵御肠道疾病的侵害，保障健康。
