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宁夏大学食品科学与工程学院方海田教授等/人肠道来源霍氏肠杆菌4-2-1的分离及其对枸杞多糖的发酵作用

食品工业科技编辑部

2024-03-25

导读：宁夏大学食品科学与工程学院方海田教授、王艳萍研究生等对1株从人体肠道粪便中分离到的细菌进行研究，并将该菌株用于枸杞多糖发酵。

人肠道来源霍氏肠杆菌4-2-1的分离及

其对枸杞多糖的发酵作用

宁夏大学食品科学与工程学院方海田教授、王艳萍研究生等为了阐明肠道细菌在枸杞多糖吸收过程中的作用。将1株从人体肠道粪便中分离到的细菌用于枸杞多糖发酵，并以发酵中细菌总数、pH、多糖含量、还原糖含量和分子量为指标反映发酵特性，初步阐明枸杞多糖的消化和吸收。

研究背景

图片来源于图司机

枸杞<<<<

宁夏枸杞(Lycium barbarum L.)别名茄果，枸杞子，其活性成分主要包括多糖、多酚、类胡萝卜素、萜烯类、有机酸以及多种微量元素。而枸杞多糖与疾病的相互作用已成为关注的热点。研究表明，枸杞多糖不仅可以维持肠道微生物群的平衡，改善非酒精性肝病，而且能够调节肠道菌群，减少压力因素对后代情绪伤害的影响。

肠道菌群<<<<

人体肠道是一个大型的发酵、消化场所。霍氏肠杆菌属于肠杆菌科，是存在于人和动物肠道内的正常菌株之一，现在国内对霍氏肠杆菌的研究较少。目前对枸杞多糖的发酵作用大多研究主要集中在粪便菌群的发酵上，对单菌和枸杞多糖之间的作用了解甚少。因此明确对枸杞多糖发挥作用的肠道单菌具有重要意义。

本研究通过形态学观察，生理生化实验以及16S rRNA基因对其进行鉴定，筛选出一株肠道单菌株，最后将该单菌应用到枸杞多糖发酵中，通过对枸杞多糖发酵指标的研究，以揭示枸杞多糖在人体内的作用机制，为之后相关方面的研究提供一定的借鉴和参考。

内容与结论

发酵能力较优菌株的筛选

发酵72h后，与对照组相比，两个发酵组多糖含量明显降低，说明这两株菌均可以利用枸杞多糖，并且菌株4-2-1的发酵能力强于3-2-1，因此选择发酵能力较优菌株4-2-1进行后续实验。

人肠道菌株的鉴定

菌株4-2-1在LB培养基平板上生长情况为圆形，边缘透明，中间呈乳白色，有光泽，略隆起，边缘整齐；对4-2-1菌株进行革兰氏染色后发现，该菌周身鞭毛运动，无芽孢，无夹膜，通过革兰氏染色初步判定4-2-1为革兰氏阴性菌，在显微镜下成杆状。

16S rRNA扩增结果

利用引物对所提取的基因组DNA进行扩增，发现在1500bp左右出现了目的条带，条带整齐，表明PCR产物可用于测序分析。

4-2-1系统进化树分析

菌4-2-1的16S rRNA基因序列与数据库中已知霍氏肠杆菌的16S rRNA基因的相似性大于99%。为了进一步明确该菌株与已知菌株的亲缘关系及分类地位，构建系统发育树，结果显示该菌株与Enterobacter hormaechei KK736258.1在系统发育树聚为一支，系统发育树如图下图所示。

发酵筛选及菌株生长特性

OD₆₀₀可以用来描述霍氏肠杆菌4-2-1在含有枸杞多糖的培养基中的生长特性。从图中可以发现，霍氏肠杆菌4-2-1在36h后基本进入稳定期，在0~12h处于对数生长期，达到平稳期时菌株的OD₆₀₀在0.15左右。由此可知，霍氏肠杆菌4-2-1可以在含枸杞多糖的培养基中很好生长，并且存活率较高。

多糖含量、还原糖含量、pH的变化

多糖的初始含量在682μg/mL 左右，此后，在12h的发酵期间内，多糖含量逐渐降低，逐渐趋于稳定，剩余多糖含量在205.7μg/mL左右，表明多糖含量的变化与粪便微生物的作用息息相关。

还原糖也由刚开始的最高含量逐渐降低，直到24h。通过发酵后多糖和还原糖的分解程度，说明霍氏肠杆菌4-2-1可在枸杞多糖作为唯一C源的培养基上进行生长。

发酵12h后，发酵组的pH从7.98降至7.79，在24h发酵结束时，降低至7.75并保持稳定。然而在整个发酵过程中，对照组的pH保持不变，表明枸杞多糖可被肠道菌霍氏肠杆菌4-2-1发酵利用，引起培养基相应pH的变化，并可能产生相应的有机酸。

枸杞多糖分子量变化

在发酵的过程中，枸杞多糖的含量随着霍氏肠杆菌的发酵时间推移而降低，分子量也从8.02kDa变为3.44kDa，表明枸杞多糖在霍氏肠杆菌的发酵下被分解，由此可推测，霍氏肠杆菌对于枸杞多糖在人体肠道的消化吸收发挥着重要的作用。

展望

霍氏肠杆菌4-2-1为革兰氏阴性菌霍氏肠杆菌，能在以枸杞多糖为碳源的培养基中进行生长，且随着发酵的进行，细菌数量显著增加，导致发酵体系内pH由7.98变化至7.79，多糖含量、还原糖含量和多糖分子量发生变化，分别降低了30.2%、40.6%和42.9%，说明从人肠道粪便样品中分离的霍氏肠杆菌4-2-1能对枸杞多糖进行发酵。

人肠道来源的霍氏肠杆菌4-2-1可发酵枸杞多糖，这可能部分解释了枸杞多糖作为益生元对机体健康的改善作用，为多糖的生理活性进一步提供依据，但详细的机制还需要进一步研究。

作者简介

方海田

宁夏大学教授，博士生导师

食品科学与工程学院副院长

主要从事特色农产品生物加工与微生物发酵方面的工作。现为宁夏回族自治区青年拔尖人才培养工程(国家级学术技术带头人后备人员)，贺兰山学者-特聘学者，宝钢教育优秀教师奖，公派留学新西兰林肯大学访问学者，兼任宁夏食品科学技术学会副理事长、宁夏食品工业协会首席专家等多项社会职务。近5年主持国家自然科学基金项目3项，省部级科研项目12项；发表论文60余篇，编写教材5部，编写英文专著1部；获授权国家发明专利11件、软件著作权11件，登记科技成果4件。技术与产业化成果荣获宁夏科技进步二等奖(排名1)、宁夏科技进步三等奖(排名1)，形成了显著的经济社会效益。