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为解决益生菌安全性问题，尤其是大肠杆菌（E. coli）中 pks 基因相关风险，研究人员开展了从健康婴儿粪便中筛选潜在益生菌 E. coli 5C 的研究。结果发现该菌株无常见致病基因、抗生素敏感且无 pks 基因，或为目前安全性最佳的 E. coli 益生菌，对保障益生菌安全应用意义重大。
在人体健康的大舞台上，肠道微生物群就像一群隐藏在幕后却至关重要的 “演员”，它们在维持人体健康方面发挥着关键作用，影响着消化、免疫、代谢乃至神经系统功能，甚至在肿瘤领域也有着不可忽视的影响力。而益生菌，作为调节肠道微生物群的重要 “角色”，近年来受到了广泛关注。众多研究表明，益生菌，尤其是双歧杆菌和乳酸菌等，对人体健康有着诸多益处。然而，随着研究的深入，益生菌的安全性问题逐渐浮出水面。当益生菌被用于免疫功能低下的个体，如儿科患者、移植受者或化疗患者时，可能会引发潜在的不良事件。其中，大肠杆菌（E. coli）作为一种常见的益生菌来源，其安全性问题备受瞩目。E. coli Nissle 1917 是目前研究最多的大肠杆菌益生菌，但它含有 pks 基因簇，该基因簇能合成一种名为 colibactin 的基因毒素。研究发现，在许多小鼠模型中，产 colibactin 的大肠杆菌会促进结直肠癌的发展，并且在人类类器官实验中也观察到了相关的突变特征。虽然目前尚无数据表明 E. coli Nissle 1917 与人类结直肠癌直接相关，但风险依然存在。此外，其他常用的大肠杆菌益生菌，如 E. coli DSM 17252 和 E. coli A0 34/86，也分别存在 pks 基因阳性或含有其他潜在致病基因的问题。在这样的背景下，寻找一种安全有效的大肠杆菌益生菌迫在眉睫。
为了解决这一问题，来自意大利等多个研究机构的研究人员展开了深入研究。他们从健康婴儿的粪便样本中筛选潜在的益生菌菌株，旨在找到一种既具有益生菌特性，又不存在 pks 基因等安全隐患的大肠杆菌菌株。最终，他们成功筛选出了 E. coli 5C 菌株（已保藏为 LMG S - 33222），并对其进行了全面的研究。这一研究成果发表在《Probiotics and Antimicrobial Proteins》杂志上。
研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。在菌株分离与鉴定方面，从 11 名健康儿童粪便中分离菌株，通过基于 16S rRNA 基因的特异性 PCR 鉴定大肠杆菌物种。在基因分析上，利用多重 PCR 检测致病基因，进行全基因组测序及生物信息学分析，包括检测 pks 基因、分析抗生素抗性基因和毒力因子等。此外，还采用体外实验评估菌株对模拟胃液和肠液的耐受性、黏附能力、产组胺和乙酸能力、抗致病活性以及免疫调节特性。
研究结果主要从以下几个方面展开：
- 菌株筛选与基本特性鉴定：从 25 株潜在候选菌株中筛选出 E. coli 5C 和 8C，它们均无 13 种潜在毒力因子基因，且抗生素敏感性符合 EFSA 标准。进一步研究发现，E. coli 8C 含有携带潜在毒力因子的质粒，而 E. coli 5C 无此问题，因此选择 E. coli 5C 进行后续研究。E. coli 5C 属于 A phylotype，血清型为 O173:H1 ，基因组分析显示其大小为 4,712,575 bp ，GC 含量为 50.79% ，有 4664 个基因，其中 4357 个为编码序列，且无 pks 基因和质粒。
- 比较基因组学分析：将 E. coli 5C 与 E. coli Nissle 1917 进行比较，二者在抗菌抗性基因和潜在毒力因子数量上相似，但在基因组成上存在差异。E. coli 5C 有独特的基因，功能注释显示这些基因涵盖多种代谢功能。REP - PCR 分析表明，二者基因组模式不同。
- 生理特性与功能研究：在模拟消化环境实验中，E. coli 5C 在模拟胃液（SGJ）和肠液（SIJ）中均有良好耐受性，在低 pH 的 SGJ 中耐受性更强，且黏附能力优于 E. coli Nissle 1917。在代谢产物方面，二者的组胺释放量均较低且差异不显著，乙酸产量相当。抗致病活性研究显示，E. coli 5C 对肺炎克雷伯菌（K. pneumoniae）、阴沟肠杆菌（E. cloacae）和两种肠炎沙门氏菌（S. enterica）具有显著的抗致病活性。免疫调节特性研究发现，在基础条件下，二者免疫调节作用相似；在 LPS 触发条件下，E. coli 5C 诱导 IL - 12p70 释放的能力与对照菌株相当，诱导 IL - 10 释放的能力略低于对照菌株。
- pks 基因检测：通过 PCR 分析，研究人员发现 E. coli 混合物 Symbioflor? 2 为 pks 基因阳性，而 E. coli A0 34/86 和 E. coli 5C 为阴性。
研究结论和讨论部分指出，E. coli 5C 具有与 E. coli Nissle 1917 相似的益生特性，但最大的优势在于不含 pks 基因。考虑到其他常用大肠杆菌益生菌的安全性问题，E. coli 5C 极有可能是目前最安全的大肠杆菌益生菌之一，这一成果对益生菌在临床和健康领域的应用具有重要意义。在肿瘤领域，结直肠癌（CRC）是全球常见癌症，pks 阳性大肠杆菌与 CRC 的发生发展密切相关。E. coli 5C 的出现，为预防和治疗与大肠杆菌相关的疾病，尤其是减少 colibactin 相关癌症的风险提供了新的可能。它或许能够在宿主肠道内与 pks 阳性大肠杆菌竞争，减少 colibactin 的产生，从而降低相关疾病的发生风险。这一研究成果为未来开发更安全有效的益生菌产品奠定了基础，也为肠道微生物群与健康关系的研究开辟了新的方向。
