高粘附性和耐应力乳酸酶菌（Lactaseibacillus paracasei）E株的比较基因组学研究及其特性分析

《Current Research in Food Science》：Comparative Genomics and Characterization of Highly Adhesive and Stress Resistant Lacticaseibacillus paracasei Strain E

　　益生菌乳酸乳球菌paracasei E的基因组学分析显示其携带两个spaCBA-srtC1菌毛基因簇，表面疏水性显著高于LGG（存活率提高5倍），且对胃酸及胆汁盐耐受性更强。该菌株具有潜np robiotic特性，其基因组特征包括高比例未知功能基因（22%）及多重质粒（8个），其中质粒p08与乳脂球形链球菌同源性达98%。生存测试表明其在模拟胃肠液中的存活率比LGG高4个数量级，表面疏水性实验显示氯仿结合率提升30%。粘附实验表明spaCBA双拷贝可能增强粘附能力，但实际粘附率（22.38%）低于LGG（33.36%）。基因组分析发现其携带3个完整噬菌体（总长128kb），并具有独特的ABC转运蛋白基因（ACGRWF_01690）。该研究为乳酸乳球菌的益生菌开发提供了分子证据。

　　Lacticaseibacillus paracasei 是一种广泛应用于食品工业的乳酸菌，尤其在发酵食品中，如酸奶和奶酪中有着悠久的使用历史。这类菌株不仅因其在食品加工中的重要作用而受到关注，还因其潜在的益生菌特性而备受研究。近年来，随着对益生菌研究的深入，科学家们开始关注其在人体健康方面的应用。在本研究中，我们对 L. paracasei subsp. paracasei 品系 E 进行了系统分析，该菌株最初是从奶酪中分离得到，后来被用于奶酪制作中的辅助发酵。通过结合体外实验和生物信息学分析，我们探讨了其益生菌特性和可能的遗传基础，特别是在不同表型特征与特定基因集合之间的关联。

研究发现，品系 E 拥有两个相同的 spaCBA-srtC1 基因簇，这一特征与 L. rhamnosus GG（LGG）相似。尽管如此，品系 E 在黏液附着能力方面表现稍弱。然而，它在模拟胃肠道环境中的存活率显著优于 LGG，表现出更高的细胞表面疏水性。这些发现表明，品系 E 在细胞表面结构和功能方面具有独特的特性，这可能影响其与宿主细胞的结合方式。这些特性可能使其在益生菌功能和肠道定植方面具有更好的表现，从而成为一种有潜力的益生菌候选菌株。

在本研究中，我们还对品系 E 的基因组进行了功能注释和比较基因组分析。通过使用 eggNOG-mapper、BlastKOALA 和 KEGG Mapper 等工具，我们对基因组进行了详细的分类和功能预测。结果显示，品系 E 的基因组包含 3065 个编码序列（CDS），其中 80% 的基因被分配到 COG 分类中。22% 的蛋白质序列被归类为“功能未知”，而 9.1% 和 9.0% 的基因则与“碳水化合物运输和代谢”以及“复制、重组和修复”相关。这些发现与之前的研究一致，表明该物种在分子和功能层面仍需进一步探索。此外，通过比较基因组分析，我们发现品系 E 拥有 57 个独特的基因，这些基因可能在该菌株的代谢和生理功能中发挥重要作用。

在分析基因组时，我们还发现品系 E 拥有多个与抗性相关的基因。通过 RGI 工具，我们识别出与消毒剂和抗菌肽抗性相关的 qacJ 基因。此外，通过 BlastKOALA 工具，我们发现品系 E 拥有三种抗性途径，包括 β-内酰胺类抗生素抗性、万古霉素抗性以及阳离子抗菌肽抗性。尽管这些抗性基因中，只有万古霉素抗性得到了表型验证，但这一结果与之前的研究相吻合，即许多益生菌菌株在万古霉素抗性方面表现相似。值得注意的是，品系 E 在模拟胃肠道条件下的存活率显著高于 LGG，这表明它可能具备更强的耐受性和适应性，使其能够在复杂的肠道环境中有效存活并发挥益生作用。

我们还对品系 E 的细胞表面疏水性进行了定量分析，使用三种不同的溶剂：氯仿（酸性溶剂）、十六烷（疏水性溶剂）和乙酸乙酯（碱性溶剂）。这些溶剂与细菌表面的化学基团相互作用，从而揭示其疏水特性。结果显示，品系 E 对氯仿的亲和力显著高于乙酸乙酯，这表明其细胞表面更偏向于碱性性质。而对十六烷的亲和力较低，说明品系 E 的细胞表面比 LGG 更加疏水。这种疏水特性可能影响其与宿主细胞的相互作用，进而影响其黏附能力和肠道定植能力。此外，我们还发现品系 E 中存在与细胞表面分子修饰相关的 licD 基因，该基因在 LGG 中缺失，但在一些其他 L. paracasei 菌株中存在。这一发现可能表明，品系 E 拥有独特的细胞表面修饰机制，这或许与其更高的黏附能力有关。

在黏附实验中，我们比较了品系 E 与 LGG 在猪型 II 肠道黏液上的黏附能力。结果显示，品系 E 的黏附率约为 22.38%，而 LGG 的黏附率约为 33.36%。尽管品系 E 在黏附能力上稍逊于 LGG，但其在模拟胃肠道环境中的表现更为优异。这一结果提示，虽然黏附能力是益生菌的重要特性之一，但其他因素如细胞表面疏水性和生存能力同样对益生菌的功能发挥起着关键作用。此外，我们还发现，当使用 SpaC 抗血清处理菌株后，其黏附能力显著下降，进一步验证了 SpaC 蛋白在黏附过程中的重要性。

在研究过程中，我们还发现品系 E 的基因组中存在多个与细胞表面结构和功能相关的基因。例如，它含有两个完整的 spaCBA-srtC1 基因簇，这与 LGG 的结构相似。然而，品系 E 的 SpaC 蛋白表达水平显著高于 LGG，这可能与其更强的黏附能力有关。通过免疫荧光标记实验，我们观察到品系 E 的细胞表面具有更强的 SpaC 蛋白表达，这与荧光强度的显著增加相吻合。这一结果表明，基因拷贝数可能与蛋白表达水平之间存在一定的相关性，从而影响其黏附能力。

此外，我们还对品系 E 的抗菌活性进行了评估。通过使用斑点法，在模拟肠道环境中测试其对多种食源性病原体的抑制效果。结果显示，品系 E 对 Bacillus cereus、Listeria monocytogenes 和 Staphylococcus aureus 等病原体均表现出一定的抗菌活性。这表明，品系 E 可能通过其自身的代谢产物或分泌的抗菌物质来抑制有害微生物的生长，从而对宿主健康产生积极影响。

通过这些研究，我们发现 L. paracasei 品系 E 在多个方面表现出良好的益生菌特性。它不仅具备较高的细胞表面疏水性，还能在模拟胃肠道环境中保持较高的存活率，同时含有与黏附和抗菌活性相关的基因。这些特性使得品系 E 成为一种具有广泛应用潜力的益生菌候选菌株。然而，尽管品系 E 在体外实验中表现出良好的性能，进一步的临床试验仍需进行，以验证其在人体中的实际效果和安全性。

综上所述，本研究通过综合基因组分析和体外实验，揭示了 L. paracasei 品系 E 在益生菌功能方面的潜力。它在多个关键特性上优于其他常见的益生菌菌株，如 LGG，这为其在功能性食品中的应用提供了科学依据。然而，为了全面评估其在人体中的效果，未来还需要进行更多临床研究。这些研究不仅有助于进一步了解品系 E 的益生菌特性，也为开发新的益生菌产品提供了理论支持和实践指导。