CN116083327A - 长双歧杆菌婴儿亚种及在缓解便秘、抗结肠组织炎症和改善肠道菌群方面的应用 - Google Patents
长双歧杆菌婴儿亚种及在缓解便秘、抗结肠组织炎症和改善肠道菌群方面的应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3‑14,所述长双歧杆菌婴儿亚种(Bifidobacterium longum subsp.infantis)保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,北京市朝阳区北辰西路1号院3号,保藏编号为:CGMCC No.25762,保藏日期2022年9月21日。本发明所述的长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3‑14可用于缓解便秘、抗结肠组织的炎症和改善肠道菌群的食品和药品中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及微生物技术领域,具体涉及长双歧杆菌婴儿亚种及在缓解便秘、抗结肠组织炎症和改善肠道菌群方面的应用。
背景技术
便秘(constipation)是一种临床上比较常见的消化系统疾病,或者说是多种疾病的一
个症状,主要指排便次数少、频率低,在不使用泻剂的情况下,每周排便次数<3次,粪便量少、粪便干结、排便费力、排便同时并伴有腹痛、腹胀等症状。
便秘的病因主要分为 5 类,(1)饮食结构的改变:饮食中纤维含量太低,食物太精细,不能长期刺激肠道,导致肠道敏感性降低;(2)肠道结构异常:由于内部原因,肿瘤等疾病,或者是肠道外部原因,如妊娠等压迫肠道,造成肠内容物移动缓慢,引起便秘;(3)心理或精神状态:由于生活节奏的加快,精神压力的增大,造成排便不规律,抑制排便等造成便秘;(4)药物刺激:某些药物可能会引起排便障碍,如抗组胺类药物,止疼药、抗生素、阿片类药物等等;(5)滥用泻药:滥用刺激性泻药,会导致肠黏膜对药物的敏感性下降,从而加剧便秘。生活中常见的便秘主要为慢传输型便秘:顾名思义就是粪便在肠道内移动缓慢,造成粪便在肠道内停留的时间延长,是最常见的便秘类型。
近年来,随着对便秘发病机制的不断探索,发现肠道菌群失调与便秘密不可分,便秘同时伴有肠道菌群失调,肠道菌群失调也会引起便秘的发生,二者互为因果。因此便秘患者肠道菌群失调的现象也引起了微生物学家的重视。正常的肠道菌群主要由需氧菌、兼性厌氧菌和厌氧菌组成。健康状态下,这些菌群是处于一个动态的平衡状态,只有机体处于疾病状态的时候,则会打破这种动态的平衡,造成肠道菌群失调。
便秘是一种常见的消化系统疾病,由于便秘的病因比较复杂,加之便秘的个体差异比较大,所以目前治疗便秘的原则就是个性化治疗和综合治疗相结合,目的主要是用于缓解便秘的症状,提高肠道转运时间,同时消除便秘的病因。双歧杆菌是肠道内的重要细菌,在肠道功能和营养等方面发挥着重要作用。双歧杆菌在人体肠道内是时刻变化的,不同年龄段,人体肠道内双歧杆菌具有较大差异。但在整个生命历程中,肠道内的双歧杆菌维持着动态平衡,这对于肠道正常功能的发挥及人体健康至关重要。因此,筛选出一种能够调节肠道菌群,并能有效缓解便秘的双歧杆菌显得十分必要。
发明内容
本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明提供的一种长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14,所述长双歧杆菌婴儿亚种(
Bifidobacterium longum subsp. infantis)保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,北京市朝阳区北辰西路1号院3号,保藏编号为:CGMCC No.25762,保藏日期2022年9月21日。
本发明提供的长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14具有优良的耐酸耐胆盐、抗氧化特性,并通过多方面指标测定验证了该菌株是具有优良的缓解便秘的功能特性的安全菌株。
具体的,所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14扫描电镜显示的菌体的形态包括V型、Y型和球棒型中的一种或多种。
具体的,所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14为革兰氏阳性菌。
具体的,所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的菌落特征为菌落微小光滑,呈乳白色,边缘整齐且凸起,具有柔软质地。
具体的,所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的生长特性为在35℃-37℃下厌氧生长,在培养24h-36h后进入稳定期。
具体的,所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14不含具有活性的硝酸还原酶。菌株在硝酸盐还原酶活性测试中未发生颜色反应。
具体的,所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14为无溶血活性的γ溶血。在哥伦比亚琼脂平板中生长是无溶血区域,结果验证该菌为安全性菌株。
具体的,所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14具有耐酸特性,尤其在pH为4±0.3的培养环境中,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的存活率不小于145%。
具体的,所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14具有抗胆盐特性,尤其在胆盐的质量占比为0.05%±0.01%的培养环境中,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的存活率不小于150%。
具体的,所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的细胞培养悬液、无细胞提取物和无细胞上清液具有抗氧化特性,尤其是无细胞上清液对DPPH自由基清除率不小于90%。
本发明还提供了所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14在制备缓解便秘、抗结肠组织的炎症和/或改善肠道菌群的功能性食品或药品中的应用。
具体的,所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14在缓解便秘的应用中通过促进小肠的推进率缓解便秘。促进小肠的推进率从而减少首粒粪便的排便时间,缓解便秘。
具体的,所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14在缓解便秘的应用中通过调节胃肠调节肽的含量缓解便秘。通过调节胃肠调节肽,促进小肠的蠕动,从而缓解小鼠便秘。
具体的,所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14在缓解便秘的应用中通过促进胃肠调节肽的血清胃动素(MTL)和血清5-HT的含量增长、以及降低血管活性肠肽(VIP)、生长抑素(SS)的含量缓解便秘。
具体的,所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14在抗结肠组织的炎症的应用中通过增加小鼠小肠的黏膜层的厚度缓解结肠组织的炎症。
具体的,所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14在抗结肠组织的炎症的应用中通过调节炎症因子的含量缓解结肠组织的炎症。
具体的,所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14在抗结肠组织的炎症的应用中通过降低炎症因子中的TNFα、IL-1β、IL-17的含量缓解结肠组织的炎症。
具体的,所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14在改善肠道菌群结构的应用中通过调节小鼠肠道菌群的α多样性和β多样性缓解便秘。
具体的,所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14在改善肠道菌群结构的应用中调节小鼠肠道菌群,在门的水平,能抑制脱硫弧菌门(
Desulfovibrio)和疣微菌门(
Verrucomicrobia);在属的水平上,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14能抑制梭菌属(
Clostridia spp.)、脱硫弧菌属(
Desulfovibrio spp.)、阿克曼菌属(
Akkermansiaspp.)、拟普雷沃菌属(
Alloprevotella spp.)。
本发明的特点和有益效果为:
(1)在便秘模型小鼠实验中,使用本发明的长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14能够显著缓解小鼠的便秘行为,评估指标包括首例排便时间、小肠的推进率、粪便含水量、血清中胃肠调节肽的测定、小肠结肠厚度的测定、炎症因子的测定、小鼠肠道菌群结构的变化测定;使用长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14能够显著的促进小肠的蠕动,从而减少第一次排便时间;使用长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14能够促进血清胃动素(MTL)和血清5-HT的含量增长、以及降低血管活性肠肽(VIP)、生长抑素(SS)的含量,能促进小肠的蠕动,从而缓解小鼠的便秘行为;使用长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14能够增厚小鼠结肠黏膜厚度,从而减小由于便秘对小鼠肠道的炎症;使用长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14能够降低炎症因子TNFα、IL-1β、IL-17水平,从而减轻因为便秘导致的结肠组织的炎症损伤;使用长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14能够明显抑制脱硫弧菌门(
Desulfovibrio)和疣微菌门(
Verrucomicrobia)、梭菌属(
Clostridia spp.)、脱硫弧菌属(
Desulfovibrio spp.)、阿克曼菌属(Akkermansia spp.)、拟普雷沃菌属(Alloprevotella spp.)的增长,从而平衡肠道菌群的紊乱,增加肠道菌群的α多样性,使肠道菌群趋于正常化,减少便秘和炎症性肠 病等的的发生。
(2)本发明所述的长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14可用于缓解便秘、抗结肠组织的炎症和改善肠道菌群的食品和药品中的应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见的,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的动物实验流程图。
图2为本发明实施例提供的长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14形态图。
图3为本发明实施例提供的长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14系统发育树构建。
图4为本发明实施例提供的长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14硝酸盐还原酶活性实验结果。
图5为本发明实施例提供的长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14溶血性实验结果。
图6为本发明实施例提供的长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14耐酸特性结果,其中图6中a为pH为4的培养环境,图6中b为pH为3的培养环境。
图7为本发明实施例提供的长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14耐胆盐特性结果,其中图7中a为胆盐的质量占比为0.05%的培养环境,图7中b为胆盐的质量占比为0.1%的培养环境。
图8为本发明实施例提供的长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的抗氧化能力。
图9为本发明实施例提供的小鼠便秘时的相关指标,其中图9中a为粪便含水量,图9中b为首例排黑便的时间,图9中c为小肠的推进率。
图10为本发明实施例提供的小鼠粪便中短链脂肪酸的测定结果,其中图10中a为乙酸的含量,图10中b为丙酸的含量,图10中c为丁酸的含量。
图11为本发明实施例提供的小鼠血清中胃肠调节肽的测定,其中图11中a为血清胃动素(MTL)的含量;图11中b为P物质(SP)的含量;图11中c为血管活性肠肽(VIP)的含量;图11中d为生长抑素(SS)的含量;图11中e为5 羟色胺(5-HT)的含量。
图12为本发明实施例提供的小鼠粘膜厚度测定以及结肠HE染色病理学分析,其中图12中a为小鼠结肠膜厚度;图12中b为空白组(Normal)、模型组(Model)和长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14组(FB314)的小鼠结肠HE染色病理学分析图。
图13为本发明实施例提供的小鼠结肠组织中炎症因子的测定,其中图13中a为炎症因子TNFα的含量;图13中b为验证因子IL-1β的含量;图13中c为炎症因子IL-17的含量。
图14为本发明实施例提供的不同组别的小鼠肠道菌群结构图,在门的水平上。
图15为本发明实施例提供的不同组别的小鼠肠道菌群结构图,在属的水平上。
图16为本发明实施例提供的不同组别的小鼠肠道菌群的α多样性,其中图16中a为chao 1指数的差异性;图16中b为ACE指数的差异性。
图17为本发明实施例提供的不同组别的小鼠肠道菌群的β多样性分析。
图18为本发明实施例提供的不同组别的小鼠肠道菌群的LEfSe差异分析。
本发明的长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,北京市朝阳区北辰西路1号院3号,保藏编号为:CGMCC No.25762,保藏日期2022年9月21日。
具体实施方式
为了便于理解本发明一种长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14,下面将对本发明一种长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14进行更全面的描述,给出了本发明的实施例,但并不因此而限制本发明的范围。
本发明的一种长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14:
保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,北京市朝阳区北辰西路1号院3号,保藏编号为:CGMCC No.25762,保藏日期2022年9月21日。
所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14具有以下生物学特性:
菌体特征:呈革兰氏染色阳性,菌株在初分或继代培养后形态有V型、Y型或球棒型;
菌落特征:菌落微小光滑,呈乳白色,边缘整齐且凸起,具有柔软质地;
生长特性:该菌株在35℃-37℃下厌氧生长,在培养24h-36h后进入稳定期;
长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14不含具有活性的硝酸还原酶;
长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14为无溶血活性的γ溶血;
长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14具有耐酸特性,尤其在pH为4±0.3的培养环境中,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的存活率不小于145%;
长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14具有抗胆盐特性,尤其在胆盐的质量占比为0.05%±0.01%的培养环境中,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的存活率不小于150%;
长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的细胞培养悬液、无细胞提取物和无细胞上清液具有抗氧化特性,尤其是无细胞上清液对DPPH自由基清除率不小于90%;
在便秘模型的小鼠中能改善小鼠的便秘症状,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14能加快小鼠小肠推进率,通过促进血清胃动素(MTL)和血清5-HT的增长、以及降低血管活性肠肽(VIP)、生长抑素(SS),从而促进小鼠小肠的蠕动,缓解小鼠的便秘;
在便秘模型的小鼠中能改善便秘引发小鼠的结肠组织的炎症的症状,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14通过调节结肠组织炎症因子中TNFα水平并显著性减低IL-1β、IL-17水平,从而抑制炎症,防止便秘小鼠肠屏障损伤;
在便秘模型的小鼠中能改善小鼠的肠道菌群结构,在门的水平上,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14能抑制脱硫弧菌门(
Desulfovibrio)和疣微菌门(
Verrucomicrobia);在属的水平上,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14能抑制梭菌属(
Clostridia spp.)、脱硫弧菌属(
Desulfovibrio spp.)、阿克曼菌属(
Akkermansia spp.)、拟普雷沃菌属(
Alloprevotella spp.),从而改善了小鼠的肠道的菌群结构,促进小肠的蠕动,缓解了小鼠的便秘。
所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的提取方法为:
长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的分离筛选:
(1)使用无菌生理盐水将采集获得的婴儿粪便样本进行梯度稀释,将梯度稀释后的菌液在固体筛选培养基上进行平板涂布,在普通培养箱中于37℃厌氧培养24h-48h至菌落长出,挑取具有双歧杆菌菌落形态的单菌落,并用革兰氏染色法进行镜检,观察菌体形态特征,选取革兰氏阳性菌作为目的菌株。
固体筛选培养基的配制如下:在MRS培养基基础上每升添加50mL滤菌马血清、0.05% L-半胱氨酸盐酸盐和0.05 mg / mL莫匹罗星,其中L-半胱氨酸盐酸盐经无菌滤膜过滤做无菌处理,高压灭菌后待培养基冷却至40℃-50℃时,加入莫匹罗星。
(2)菌株的纯化:在固体筛选培养基上多次划线纯化后仍具有双歧杆菌菌落形态的菌株作为目标菌株,记录菌落及显微镜下菌体状态,挑取其单菌落在液体改良MRS液体培养基(MRSC)培养基中培养,为后续分子生物学鉴定做准备。
改良MRS液体培养基(MRSC)的配制如下:在半合成液体MRS培养基基础上添加0.05%(w/v)的L-半胱氨酸盐酸盐。
对长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14纯化后的菌株进行菌落形态研究,结果表明,该菌株菌落微小光滑,呈乳白色,边缘整齐且凸起,具有柔软质地;且菌株在初分或继代培养后形态有V型、Y型或球棒型,如图2所示。
菌株的鉴定:将菌株于37℃厌氧环境培养至对数中期,PBS洗涤数次后收集足量菌体,使用细菌DNA提取试剂盒提取基因组DNA并检测所提取DNA质量,进行基因组测序及生物信息分析。通过与本地数据库对比,基于16S rRNA序列分别选择与双歧杆菌在种属水平上最接近的19株菌的基因组比较,通过MEGA 6.0软件选择NJ(Neighbor-Joining)法构建系统进化树。结果如图3所示,根据分析结果,FB3-14被确认为长双歧杆菌,与长双歧杆菌婴儿亚种相似度达99%,进一步确认为长双歧杆菌婴儿亚种。菌种的差异性由可变区决定,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的16s DNA包含9个可变区。
实施例1:长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14溶血性测试:
菌株FB3-14培养至三代的稳定期,以金黄色葡萄球菌ATCC25923为阳性对照,在哥伦比亚血琼脂平板上划线,并置于37℃避光厌氧培养48小时,观察记录是否有溶血圈产生,细菌菌落周围出现的透明血液溶解区是β溶血,而细菌菌落周围出现绿色区域(α溶血)或无任何区域(γ溶血)被认为表明菌株是非溶血性的,每个样品做三个平行。结果如图5所示,可见长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14在哥伦比亚琼脂平板中生长是无溶血区域,所以长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14为安全性菌株。
实施例2:长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的硝酸盐还原酶测试:
长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14培养至三代稳定期,以空白硝酸盐培养基为阴性对照,按1%接种量接种至预先准备的硝酸盐液体培养基,每个接种管内添加适量无菌石蜡油,然后置于37℃厌氧培养48小时;然后依次滴加5%碘化钾溶液10滴、5%淀粉溶液10滴,涡旋混匀后观察并记录各培养管中的颜色变化,每个样品做三个平行。结果如图4所示,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14在硝酸盐还原酶活性测试中未发生颜色反应,结果证明长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14不含具有活性的硝酸还原酶。
实施例3:长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的耐酸能力的测试:
长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14培养至三代稳定期,以体积分数为1%的接种量接种于pH为3和pH为4的MRSC液体培养基中,置于37℃厌氧培养箱中进行厌氧培养;分别取培养0小时和培养3小时的菌悬液,并梯度稀释,取200 μL稀释后菌液于MRSC固体培养基平板上,使用滚珠涂布的方式进行平板涂布,涂布完成的平板置于37℃厌氧培养箱中进行厌氧培养直至长出菌落,最后对平板菌落进行计数。结果如图6所示,从图6中可以看出,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14具有耐酸性能,在pH为4的环境下培养3个小时,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的菌落数有所上升,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的存活率为154.88%;在pH为3的环境下培养3小时,虽然长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的菌落数有所下降,但长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的存活率为16.22%。
实施例4:长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的耐胆盐能力的测试:
长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14培养至三代稳定期,以体积分数为1%的接种量接种于胆盐浓度为0.05%以及0.1%的MRSC液体培养基中,置于37℃厌氧培养箱中进行厌氧培养;分别取培养0小时、培养3小时的菌悬液,并进行梯度稀释,取200 μL稀释菌液于MRSC固体培养基的平板上,使用滚珠涂布的方式进行平板涂布,涂布完成的平板置于37℃厌氧培养箱中进行厌氧培养直至长出菌落,最后对平板菌落进行计数。结果如图7所示,从图7中可以看出,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14具有耐胆盐的性能。其中,在胆盐的质量占比为0.05%的培养环境中,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的菌落数有所上升,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的存活率为190.55%;当胆盐的质量占比增加一倍时,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14仍能存活。
实施例5:长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的抗氧化能力的测试:
0.2mM DPPH无水乙醇溶液与待测样品以1:1(体积比)比例混匀,室温下黑暗中放置30分钟,然后,在8000rmp离心10分钟后,在517nm处测量分离的上清液的吸光度。DPPH自由基清除活性(%)计算如下:
式中:
AS表示样品的吸光度;
AB表示样品和乙醇组成的空白的吸光度;
AC表示DPPH溶液和去离子水组成的对照的吸光度。
样品的制备,制备了三种不同的样品,包括长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的细胞培养悬液,即图8中的细胞悬液;无细胞提取物,即图8中的无细胞提取物;和无细胞上清液,即图8中的发酵上清液,进行测试,测试结果如图8所示,我们从图8中可看出,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14具有一定的抗氧化性能,尤其是长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的无细胞上清液的DPPH自由基清除率可高达93.71%。
实施例6:长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14对小鼠便秘的缓解测试:
建立小鼠便秘模型,并设置空白组、模型组和实验组进行比较。通过盐酸洛哌丁胺诱导的便秘模型,并进行长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14连续灌胃,验证其缓解便秘的功能,验证的技术路线如图1所示。
五周龄,雄性SPF级BALB/c小鼠购于斯贝福生物技术公司,饲养于恒温25 ℃,相对湿度55 %,人工设置12 h光-暗循环的环境中。一周适应环境期后:然后将24只小鼠随机均分为3组:空白组、模型组、长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14组,小鼠自由进食进水,适应性饲养1周后进入干预期。干预期持续4周,空白组与模型组每天灌胃0.2 mL10%脱脂乳,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14组灌胃0.2 mL10%脱脂乳溶液重悬的菌悬液(5×109 CFU/mL)。第5周开始建模,空白组灌胃0.2mL无菌水,其他组灌胃0.2 mL盐酸洛哌丁胺溶液10mg/(kg.bw),1h后再灌胃脱脂乳与菌液。
实施例7:我们为了进一步验证小鼠便秘模型的建模是否成功,我们进行了以下的测试:
(1)小鼠首例排黑便的时间测试:
在动物实验第34天,完成建模灌胃2h后,每组小鼠灌胃0.2mL墨汁,记录灌入墨汁至排出首粒黑便所需要的时间,为首粒黑便时间。
(2)小鼠的粪便的含水量的测试:
在动物实验第35天,将每组小鼠放入垫有无菌吸水纸的透气笼盒中收集粪便,称重即为湿重,冻干后,即为干重,按照公式计算粪便的含水量:
粪便含水量(%)=(粪便湿重-粪便干重)/粪便湿重×100
(3)小鼠的小肠推进率(%)的测试:可测试小肠的蠕动性,
在动物实验的第35天晚上对小鼠进行禁食不禁水的处理。12 h后,在动物实验第36天,空白组灌胃0.2mL无菌水,模型组与长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14组灌胃0.2 mL的10 mg/(kg·bw)盐酸洛哌丁胺溶液。30min后,各组分别灌胃墨汁,30min后处死小鼠,采集血液和组织(盲肠、结肠)样本,收集的样本立即液氮冷冻,储存在-80 ℃,并打开腹腔,剪取上端自幽门,下端至盲肠,测量小肠全长为“小肠总长度”,从幽门到墨汁前沿为“墨汁推进长度”,按照以下公式计算小肠推进率:
小肠推进率(%)=(墨汁推进长度(cm))/(小肠总长度(cm))×100
验证结果如图9所示,我们可以从图9中看出,就空白组而言,模型组粪便的含水量明显下降,首例排黑便的时间和小肠推进率均明显的增长,说明模型组的小鼠的小肠蠕动性变差,证明便秘模型的建模成功;此外,就长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14组与模型组比较发现,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14组小鼠的粪便的含水量和小肠的推进率比模型组高,并且首例排黑便的时间比模型组快了大约100min。可见,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14可以促进小鼠小肠的蠕动,可在一定程度缓解便秘。
实施例8:我们进一步又研究了长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14如何改善小鼠的便秘,我们又进行了以下的测试:
(1)小鼠粪便中短链脂肪酸SCFAs的测定:
准确称量0.1 g左右粪便于1.5mL离心管,分别记录各样本实际质量;加1mL蒸馏水于样品中,再加入2-3颗钢珠,于组织匀浆仪中充分研磨3 min,每次1 min,60 Hz,共三次;于室温静置5 min后12000 rpm离心5 min,取上清过膜于进样小瓶中待测;HPLC检测使用紫外检测器210 nm,进样量10 微升,流速0.8 mL/min,柱温60℃,流动相为5mM稀硫酸。测定各种短链脂肪酸的标准曲线,然后计算特定浓度范围的样品中SCFAs的含量。结果如图10所示,从图10中可以看出,虽然小鼠便秘后,粪便中的乙酸、丙酸、丁酸含量明显降低,但是长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14组与模型组相比,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14组虽然可以一定程度上增加粪便中的乙酸、丙酸、丁酸的含量,但是长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14组与模型组无统计学显著性差异。可见,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14改善小鼠便秘可能与短链脂肪酸的含量的相关性不大。
(2)检测小鼠血清中胃肠调节肽的测定:
使用ELISA试剂盒,分别使用血清胃动素(MTL)、P物质(SP)、血管活性肠肽(VIP)、生长抑素(SS)使用商业试剂盒(南京森贝伽生物科技有限公司)检测。血清5-HT(5-羟色胺)的测定使用商业试剂盒(南京建成生物工程研究所)检测。结果如图11所示,我们从图11中可以看出,小鼠便秘后,模型组血清中兴奋性胃肠活性肽(MTL、SP)水平显著降低,而抑制性胃肠活性肽(SS和VIP)水平显著升高,而长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14组中的MTL的水平增加,并且SS和VIP明显下降;可见,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14能通过胃肠道活性肽的作用促进小肠的蠕动进而缓解便秘,也验证了长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14组的小肠推进率较模型组更高的结果。我们还发现了模型组血清中5-HT水平显著降低,灌菌组可增加5-HT水平,5-HT是调节肠道液体分泌运动和感觉功能的重要胃肠激素,可促进肠蠕动。
(3)小鼠结肠HE染色病理学分析以及粘膜厚度测定:
小鼠解剖后取新鲜远端结肠组织放入多聚甲醛固定液,浸泡后,过夜冲洗。将样品依次经70%、80%、90%各级乙醇溶液脱水,各30min,再放入95%、100%各2次,每次20min进行脱水。放入1/2纯酒精,1/2二甲苯等量混合液15min,二甲苯前洗液15min、二甲苯后洗液15min至透明为止。放入二甲苯和石蜡各半的混合液15min,再放入石蜡Ⅰ、石蜡Ⅱ透蜡各50-60分钟来除去透明剂。将处理好的样品进行包埋切片、展片、烤片、H&E染色与封片。结果如图12所示,空白组结肠组织上皮细胞和平滑肌层完整,组织层较厚;在模型组中,结肠组织中有炎症细胞浸润,结肠粘膜变薄。与模型组相比,灌菌组小鼠的结肠粘膜厚度显著增加。说明长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14可以减轻便秘导致的结肠组织的炎症损伤。
(4)检测小鼠结肠组织中炎症因子TNFα、IL-1β、IL-17水平:
使用ELISA试剂盒,结肠组织炎症因子TNFα、IL-1β、IL-17的测定使用商业试剂盒(南京建成生物工程研究所)检测。结果如图13所示,从图13中可以看出,模型组中,由于小鼠的便秘,导致结肠组织中炎症因子TNFα、IL-1β、IL-17水平显著上升,高于空白组和长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14组,说明便秘导致了小鼠的肠道炎症,而长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14组能降低炎症因子TNFα、IL-1β、IL-17水平,说明长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14可抑制炎症并防止盐酸洛哌丁胺诱导的便秘小鼠肠屏障损伤,也验证了长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14可以减轻便秘导致的结肠组织的炎症损伤。
(5)小鼠小肠中菌群结构的差异性比较:
16S rRNA基因微生物测序:
盲肠总DNA提取使用QIAamp DNA粪便minikit试剂盒(Qiagen,Hilden,Germany)依照生产厂家的说明书。总DNA含量标准化到1 ng/μL。16S rRNA的设计引物进行扩增。PCR反应程序如下:10 ng的纯的DNA,15 μL的高保真DNA聚合酶和PCR预混液,200 nmol/L的上游和下游引物,无核酸酶的水,最终体积是30 μL。PCR循环条件包括初始变性98 ℃ 1 min,30个循环98 ℃ 10 s,50 ℃ 30 s,72 ℃ 5 min。PCR产物被定量,等摩尔比例混合,然后纯化使用Illumina MeSeq平台测序,测序深度至少每个样品20000条序列。
QIIME分析软件使用FLASH过程将序列合并。双末端加入的序列使用GreenGenes数据集和UPARSE算法以97 %序列相似性归并为一个操作分类单元(OTUs)。每个OTU的代表序列被比对,然后RDP classifier用来注释每个代表序列的分类学信息。分析包括每个分类学水平(如门,纲,目,科,属等)。In-house Perl脚本用来分析样品内的α多样性和样品间的β多样性。主坐标分析(PCoA)使用Unweighted unifrac方法用来评估实验样品之间的差异。所有样品都用来计算α多样性包括丰度(richness)和多样性(diversity)。使用UCLUST版本1.2.22分析16S rRNA基因序列信息的分类学信息针对Silva119 16S rRNA数据集使用90 %置信区间。PICRUSt分析用来预测微生物功能,标注的OTUs的丰度使用LEfSe网上工具明晰不同处理组的高代表性菌群。
对不同组的小鼠的肠道的微生物群落结构进行分析,如图14所示,在门的水平,空白组小鼠的肠道的菌群主要包括厚壁菌门(
Firmicutes)、拟杆菌门(
Bacteroidetes)和脱硫弧菌门(
Desulfovibrio);在模型组小鼠的肠道的菌群主要包括厚壁菌门(
Firmicutes)、拟杆菌门(
Bacteroidetes)、脱硫弧菌门(
Desulfovibrio)、疣微菌门(
Verrucomicrobia)和放线菌门(Actinobacteriota);在长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14组小鼠的肠道的菌群主要包括厚壁菌门(
Firmicutes)、拟杆菌门(
Bacteroidetes)、脱硫弧菌门(
Desulfovibrio)、疣微菌门(
Verrucomicrobia)和放线菌门(
Actinobacteriota),从上述结果中可以发现,当小鼠的发生便秘时,脱硫弧菌门(
Desulfovibrio)和疣微菌门(
Verrucomicrobia)在肠道菌群中的占比上升,拟杆菌门(
Bacteroidetes)在肠道菌群中的占比下降(比较空白组和模型组),其中,脱硫弧菌门(
Desulfovibrio)是一类可以还原硫酸盐而产生H2S的厌氧菌,产生的H2S会毒害肠道上皮细胞,造成肠道敏感性和炎症,疣微菌门(
Verrucomicrobia)可以以肠道表面的黏膜层中的黏蛋白为食,从而导致小肠的黏液层变薄,从而导致肠道屏障功能减弱。而长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14组的小鼠的肠道中脱硫弧菌门(
Desulfovibrio)和疣微菌门(
Verrucomicrobia)的丰度较模型组的明显减少,并且厚壁菌门(Firmicutes)的丰度增加。可见,添加长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14有利于抑制脱硫弧菌门(
Desulfovibrio)和疣微菌门(
Verrucomicrobia)菌群的增长。
我们进一步研究了在属的水平对不同组的小鼠的肠道菌群结构的分析,如图15所示。在属的水平,模型组较空白组的肠道菌群结构,模型组的小鼠的肠道中,梭菌属(
Clostridia spp.)、脱硫弧菌属(
Desulfovibrio spp.)、阿克曼菌属(
Akkermansiaspp.)、拟普雷沃菌属(
Alloprevotella spp.)的占比均显著增长,其中,梭菌属(
Clostridia spp.)能产生肠毒素,可损伤细胞膜、血管内皮细胞并使糖类分解,从而导致组织水肿能病变;脱硫弧菌属(
Desulfovibrio spp.)属于脱硫弧菌门(
Desulfovibrio),能还原硫酸盐产生H2S会毒害肠道上皮细胞,造成肠道敏感性和炎症;阿克曼菌属(
Akkermansia spp.)属于疣微菌门(
Verrucomicrobia),可分解肠道表面的黏液层,而导致肠道屏障功能减弱;拟普雷沃菌属(
Alloprevotella spp.)具有黏液担保降解酶,从而增加肠道的通透性,并且具有促炎功能,会增加小鼠的肠道发生结肠炎的风险。使用长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14组的小鼠中,梭菌属(
Clostridia spp.)、脱硫弧菌属(
Desulfovibrio spp.)、阿克曼菌属(Akkermansia spp.)、拟普雷沃菌属(
Alloprevotella spp.)的占比均显著的减少,首先,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14在小肠中快速增长,在肠道黏膜的表面可以形成生物屏障,并且能通过发酵产生酸,能抑制部分有害菌群的增长;其次,它能代谢宿主或其他肠道菌群吸收不良的底物,从而促进小肠的蠕动,缓解便秘。综上所述,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14通过调节小肠内的菌群结构来减少有害菌群的增长的同时,促进小肠的蠕动,从而有利于缓解便秘。
我们进一步研究了长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14对小鼠肠道菌群中菌群的丰度和α多样性的影响,如图16所示。我们发现,模型组的小鼠的菌群的chao 1指数和ACE指数均下降,在添加长双歧杆菌婴儿亚种在小鼠肠道后,小鼠肠道的菌群的多样性和丰度均上升,可见,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的显著改善便秘导致的肠道菌群α多样性,从而缓解便秘。
我们还进一步使用了PCoA(Principal Coordinate Analysis)分析不同组间的小鼠的肠道微生物的菌群的差异性分析(β多样性),如图17所示。从图17中可以看出,将同一组的小鼠的肠道菌群进行聚类分析,结果表明,第一轴显示的物种积累百分比差异值是28.61%,第二轴显示的物种积累百分比差异值是13.20%,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14在缓解便秘的同时对肠道微生物群的β多样性有影响。
为了鉴定由长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14处理改善代谢条件的相关微生物,我们使用LEfSe分析法比较了不同处理组的肠道菌群。LEfSe揭示了从门到种水平,各组菌群差异(图18)。LEfSe分析表明,模型组明显
Desulfovibrio和
Clostridia高丰度。
Lachnospiraceae、
Ruminococcaceae、
Eubacterium明显高丰度在灌菌组,结果表明,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14抑制了肠道中的有害菌群,并且改善了肠道微生物的菌群结构。
综上,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14能通过抑制肠道中的有害物质和改善肠道中菌群结构促进长荡的蠕动,有利于减轻肠道的炎症的同时,也减缓了便秘。
需注意,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14,其特征在于,所述长双歧杆菌婴儿亚种(Bifidobacterium longum subsp. infantis)保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,北京市朝阳区北辰西路1号院3号,保藏编号为:CGMCC No.25762,保藏日期2022年9月21日。
2.根据权利要求1所述的一种长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14,其特征在于,所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14具有以下至少一种或多种特性:
Ⅰ)扫描电镜显示的菌体的形态包括V型、Y型和球棒型中的一种或多种;
Ⅱ)革兰氏阳性菌;
Ⅲ)菌落特征为菌落微小光滑,呈乳白色,边缘整齐且凸起,具有柔软质地;
Ⅳ)生长特性为在35℃-37℃下厌氧生长,在培养24h-36h后进入稳定期;
Ⅴ)不含具有活性的硝酸还原酶;
Ⅵ)无溶血活性的γ溶血;
Ⅶ)具有耐酸特性;
Ⅷ)具有抗胆盐特性;
Ⅹ)细胞培养悬液、无细胞提取物和无细胞上清液具有抗氧化特性。
3.根据权利要求2所述的一种长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14,其特征在于,所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14在pH为4±0.3的培养环境中,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的存活率不小于145%;
进一步优选,所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14在胆盐的质量占比为0.05%±0.01%的培养环境中,长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的存活率不小于150%;
进一步优选,所述长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14的无细胞上清液对DPPH自由基清除率不小于90%。
4.根据权利要求1-权利要求3任一项所述的一种长双歧杆菌婴儿亚种NKU FB3-14在制备缓解便秘、抗结肠组织的炎症和/或改善肠道菌群的功能性食品或药品中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,缓解便秘的功能性食品或药品为至少具有以下作用之一的功能性食品或药品:
Ⅰ)通过调节胃肠调节肽的含量缓解便秘的功能性食品或药品;
Ⅱ)通过促进小肠的推进率缓解便秘的功能性食品或药品。
6.根据权利要求5所述的应用,其特征在于,所述调节胃肠调节肽的含量缓解便秘的功能性食品或药品是通过促进胃肠调节肽的血清胃动素和血清5-HT的含量增长、以及降低血管活性肠肽、生长抑素的含量缓解便秘的功能性食品或药品。
7.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,抗结肠组织的炎症的功能性食品或药品为至少具有以下作用之一的功能性食品或药品:
Ⅰ)通过增加小鼠小肠的黏膜层的厚度缓解结肠组织的炎症的功能性食品或药品;
Ⅱ)通过调节炎症因子的含量缓解结肠组织的炎症的功能性食品或药品。
8.根据权利要求7所述的应用,其特征在于,所述通过调节炎症因子的含量缓解结肠组织的炎症的功能性食品或药品是通过降低炎症因子中的TNFα、IL-1β、IL-17的含量缓解结肠组织的炎症的功能性食品或药品。
9.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,改善肠道菌群结构功能性食品或药品为具有以下作用的功能性食品或药品:
Ⅰ)通过调节小鼠肠道菌群的α多样性和β多样性缓解便秘的功能性食品或药品。
10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于,所述通过调节小鼠肠道菌群的α多样性和β多样性缓解便秘的功能性食品或药品是通过在门的水平,抑制脱硫弧菌门(Desulfovibrio)和疣微菌门(Verrucomicrobia),在属的水平上,抑制梭菌属(Clostridiaspp.)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio spp.)、阿克曼菌属(Akkermansia spp.)、拟普雷沃菌属(Alloprevotella spp.)的功能性食品或药品。
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