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近日，国际微生物生态学领域著名期刊The ISME Journal在线发表了南京农业大学朱伟云教授团队的最新研究成果：Amino acid utilization allows intestinal dominance of Lactobacillus amylovorus。该成果揭示了氨基酸利用是介导猪小肠微生物嗜淀粉乳杆菌Lactobacillus amylovorus菌群优势的关键机制。
小肠微生物对哺乳动物营养素的利用发挥重要作用。但是，小肠微生物如何形成特有的优势菌群，以及营养素如何塑造菌群优势，还鲜有报道。
该研究首先在生长猪上发现，乳酸杆菌特别是Lactobacillus amylovorus在小肠微生物中占据优势，肽结合氨基酸可能是提高L.amylovorus生长的驱动因素（图1A）。基于此，以猪小肠分离的L. amylovorus S1作为模式菌，通过全基因组测序，构建了其利用小肽和氨基酸的代谢途径（图1B）。体外纯培养研究表明，富肽底物促进了L. amylovorus S1的生长（图1C）。结合基因组进一步研究发现，富肽底物通过上调了肽转运体基因optB的表达， 增加L. amylovorus S1通过对肽结合氨基酸的利用，增加菌体氨基酸（图1D，1E）；富肽底物通过上调氨基酸的转运体基因（metN，artQ，lysXY）表达，增加L. amylovorus S1对游离氨基酸（蛋氨酸、精氨酸和赖氨酸）的利用，增加菌体氨基酸，从而促进L. amylovorus S1的生长（图F）。该研究还发现了L. amylovorus S1在富氨基酸和富肽底物的差异代谢模式，即，富氨基酸底物上调乙酸激酶ackA基因的表达，促进乙酸的产生；富肽底物上调乳酸脱氢酶ldh基因的表达，促进乳酸的产生（图1G），有助于肠道健康。
图1 L. amylovorus S1对富含肽底物的利用机制
该研究表明，对肽营养素的利用偏好驱动了L. amylovorus 在小肠的生长优势（图2）。这一发现揭示了氨基酸利用可能是影响哺乳动物肠道微生物分布的决定性因素之一，为利用营养素对肠道关键类群的塑造及其小肠健康的调控提供参考。
图2 L. amylovorus S1菌群优势的形成机制概览
动物消化道营养国际联合研究中心博士研究生经语佳和慕春龙副研究员为文章的共同第一作者，中心主任朱伟云教授为通讯作者。王会松博士和申俊华博士参与了本研究的动物试验，我校客座教授、荷兰瓦格宁根大学Erwin G. Zoetendal教授参与了该项目。该研究得到了国家自然科学基金项目的支持。
来源：南京农业大学
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