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江南大学陈卫院士团队和四川大学华西二院王少璞团队Cell Genomics:细菌素基因介导的短双歧杆菌持久定殖机制

 时间:2025-12-22

江南大学陈卫院士团队田培郡副研究员联合四川大学华西二院王少璞团队在《Cell Genomics》发表的重要研究,首次揭示细菌素合成基因lanKC介导的生态“干扰竞争”机制,是特定成人源短双歧杆菌(Bifidobacterium breve)在成人复杂肠道环境中实现生态适应与持久定殖的关键因素之一。该发现将研究视角从传统的“碳源代谢-营养竞争”拓展到“微生物互作-水平基因转移”,对经典益生菌定殖理论形成了重要补充。这一成果阐明了双歧杆菌生态适应与其分子遗传特征之间的深层联系,为筛选“高定殖力、高稳态维护潜力”的新一代益生菌提供了明确遗传标记。

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成果介绍

1.于成人源短双歧杆菌中鉴定出关键菌株特异基因lanKC

研究团队分析了165株短双歧杆菌基因组,结果显示:成人源菌株并无独立的进化支,也不具备特殊的碳源利用基因组合,说明其生态适应性并非由碳代谢单独驱动。进一步泛基因组分析发现,成人源菌株之间并不存在统一的辅助基因特征。在一株成人源菌株中,鉴定到一个菌株特异的lanKC基因,归属于Ⅲ类羊毛硫肽合成系统。构建突变株后证实:lanKC不影响菌株生长,但可能影响其生态竞争能力。


2.携带lanKC的菌株具有更强生态适应性,并提升菌群稳定性

在体外粪菌发酵体系中,携带lanKC的野生株在多时间点的丰度增长、互作能力及对应菌群的社群网络稳健性,均明显优于ΔlanKC突变株。进一步的物种互作分析确定:lanKC产物对129个潜在互作对象中的3个物种(Amedibacterium intestinale、Eubacterium hominis、Ruminococcus lactaris)呈持续抑制效应,其中Erysipelotrichaceae科是最敏感的系统发育分支。在14天健康成人干预研究中,摄入含有lanKC的短双歧菌株后,Erysipelotrichaceae若干分类单元显著下降。更重要的是,在能长期定殖的受试者中,该菌株可维持原有菌群的结构完整性并增强抗扰动能力,提示lanKC对菌群稳态具有核心贡献。


3.短双歧杆菌lanKC可能源于双歧杆菌属内的水平基因转移

基于5475个肠道微生物lanKC序列的系统发育分析显示,短双歧杆菌中的lanKC在双歧杆菌属内具有高度保守性。利用ELGG数据库进一步追踪其来源,证据指向:短双歧杆菌的lanKC极可能在生命早期从长双歧杆菌婴儿亚种获得,并通过属内水平基因转移固定下来。


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参考文献

https://doi.org/10.1016/j.xgen.2025.101106

专家/团队介绍

陈卫,男,中共党员,博士、教授、博士生导师。第十四届全国人民代表大会代表,中国工程院院士,江南大学党委副书记、校长,食品科学与资源挖掘全国重点实验室主任,国家功能食品工程技术研究中心主任,中国营养保健食品协会会长。教育部国家级人才计划特聘教授,国家杰出青年科学基金获得者和“国家高层次人才特殊支持计划”科技创新领军人才,教育部、科技部创新团队及国家自然科学基金创新群体负责人等。主要从事益生菌与肠道菌群相关的研究,近年来围绕益生菌资源发掘,膳食与菌群互作,及相关功能食品的开发等开展了一系列的研究。主持国家“十四五”重点研发计划、国家科技支撑计划、国家“863”计划、国家自然科学基金重大项目、创新群体项目、重点项目等20余项,成果先后获国家科技进步二等奖、国家技术发明二等奖、国家教学成果一等奖等;发表科研论文500余篇,授权国家发明专利100余项,出版著作及教材8本。兼任中国食品科学技术学会益生菌分会主任委员,以及Food Control、Journal of Dairy Science等国际学术期刊的编委。获全国先进工作者、全国“五一”劳动奖章等荣誉称号。


王少璞,四川大学华西第二医院,副研究员;博士生导师,博士后合作导师。入选国家高层次青年人才计划、四川省“天府峨眉计划”、成都市“蓉漂计划”青年人才。主持国家自然科学基金3项。近年来在Lancet Microbe、Cell Genomics、Nature Communications、Advanced Science等杂志发表论文30余篇。长期从事微生物组、病毒组及生物信息学研究,致力于系统解析生命早期肠道微生物的建立机制、发育规律,以及在婴幼儿疾病中的功能和作用机制,并探索基于微生物组和病毒组的创新诊断与治疗策略。


田培郡,博士,副研究员。主要从事食品微生物资源挖掘、益生菌与人体健康相关研究工作。主持承担国家自然科学青年基金、十四五重点研发计划子课题、江苏省自然科学青年基金等项目。以第一/通讯作者在Cell Genomics, Cell Reports Medicine等期刊发表SCI论文30余篇(含ESI高被引论文4篇、封面论文1篇),参编论著4部,获授权专利12项。入选人社部“博士后创新人才支持计划”;2025年获“国际益生菌和益生元科学协会(ISAPP)”青年科学家奖。


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