伊朗肉鸡源益生菌Pediococcus acidilactici P10的全基因组与体外特性解析：新型CRISPR-Cas系统与抗菌机制的发现

本研究针对功能性食品开发中益生菌株筛选的需求，从伊朗本土肉鸡肠道分离获得Pediococcus acidilactici P10菌株，通过全基因组测序(WGS)结合体外实验，系统解析其益生特性。研究发现该菌株具有95-99%的胃酸耐受性、55%胆盐存活率及广谱抗菌活性，基因组分析揭示其携带完整的II-A型CRISPR-Cas系统（含17个噬菌体匹配间隔子）和59个特有基因，为动物益生菌开发提供了兼具环境适应性与生物安全性的优质候选菌株。

　　

在抗生素滥用与肠道微生态失衡问题日益突出的背景下，寻找具有特定功能特性的益生菌株成为农业与食品领域的研究热点。乳酸菌(LAB)作为传统发酵食品的核心微生物，其益生功能与基因组特征的关联性仍存在大量未知空间。尤其对于家禽养殖业而言，能够耐受消化道环境、抑制病原菌且具备遗传稳定性的益生菌株，对减少抗生素使用、提高养殖效益具有重要意义。

德黑兰Tarbiat Modares大学农业生物技术系的研究团队在《Scientific Reports》发表的研究，从伊朗本土肉鸡肠道分离到一株新型Pediococcus acidilactici P10，通过整合体外实验与全基因组分析，系统揭示了其作为益生菌候选者的独特优势。研究采用Illumina HiSeq 2500平台进行全基因组测序，结合模拟胃肠环境耐受实验、Caco-2细胞粘附检测及抗菌活性测定等技术，发现该菌株不仅具备优异的消化道环境适应能力，其基因组中更存在此前未报道的功能元件。

益生特性验证

通过pH3-4酸性环境与0.3%胆盐处理实验证实，P10在3小时内保持95-99%存活率（表1），基因组中鉴定出9个酸耐受基因（如F₀F₁ ATPase簇）和2个胆盐耐受基因（ppaC/cfa）。对5种病原菌（包括E. coli ATCC 25922和S. aureus ATCC 25923）的抑制实验显示其抑菌圈直径均>2mm（表2），BaPres软件预测到57个潜在细菌素编码基因，包括已知的plaA前细菌素基因。

基因组特征解析

1.84Mb的环状染色体（GC含量42.23%）注释出1,832个编码基因，pan-genome分析显示59个P10特有基因（图5），主要富集于碳水化合物代谢（如PTS转运系统）和辅因子合成通路。最突出的发现是定位在316,209-317,565bp区域的II-A型CRISPR-Cas系统（含20个间隔子），其中17个与未分类噬菌体基因组100%匹配（Supplementary File S4），cas1/cas2基因的完整存在表明其具备持续获得新间隔子的自适应免疫能力。

安全性与应用潜力

虽然检出ermB/tetM等耐药基因（表7），但表型验证显示仅对7/17种抗生素耐药（如环丙沙星），符合益生菌安全标准。粘附实验（图2）显示其粘附效率显著高于对照菌株，基因组中鉴定出tpiA/tuf等7个粘附相关基因。特有的CRISPR-Cas9系统为后续基因编辑提供了内源工具，避免外源元件引入的风险。

该研究首次在P. acidilactici中报道了功能性CRISPR-Cas系统与特有代谢基因簇的协同存在，为理解该菌种的进化适应提供了新视角。从应用角度看，P10兼具环境抗逆性、病原菌抑制能力和基因组稳定性，特别适合作为畜禽饲料添加剂或功能性食品成分开发。未来研究可聚焦其细菌素表达调控机制及CRISPR系统在益生菌基因组编辑中的应用潜力。