通过微生物共培养自主组装活体胶囊以增强对炎症性肠病的细菌治疗

  越来越多的证据表明，肠道微生物群的破坏与多种疾病有关，如肥胖、炎症性肠病和某些癌症。益生菌作为一种极其有效、极受欢迎的消除干扰的物质，被广泛用于恢复肠道微生物群平衡，维持机体健康。然而，由于环境限制，益生菌的口服递送一直受到低生物利用度的限制，如胃肠道的低pH和消化酶的存在。

  活性微生物具有优异的合成和组装各种具有独特结构和性能的天然生物材料的能力。从活细胞中批量生产材料的一个显著例子是细菌纤维素。在低成本的基础糖培养基中，革兰氏阴性醋酸菌在短短几天内就能产生高达10 g L-1的细菌纤维素。在发酵过程中，葡聚糖链被分泌并捆绑到纤维素原纤维中，然后在空气-水界面通过范德华力和氢键形成细菌纤维素膜。细菌纤维素膜具有可生物降解和生物相容性，可用于包括组织工程支架，伤口敷料和医疗植入物。此外，醋酸菌在搅拌培养过程中可以产生大小均匀的胶囊状细菌纤维素微球，作为微生物细胞的载体具有很大的潜力。

  近日，武汉大学张先正教授和赵发琼教授通过在含益生元的发酵液中将益生菌与木葡糖酸醋杆菌共培养，开发了高效的益生元-益生菌活体胶囊(prebiotic-probiotic living capsule, PPLC)的生物故制造方法。为实现木葡糖酸醋杆菌和益生菌的良好培养，首先调整发酵液的pH以促进纤维素的产生，同时抑制益生菌的生长。通过摇动培养物，使得木葡糖酸醋杆菌分泌纤维素原纤维。在剪切力的作用下，该纤维素原纤维可以自发包封益生菌以形成微胶囊。此外，存在于发酵液中的益生元也能够通过范德华力以及分子内和分子间羟基之间的氢键结合到细菌纤维素网络中。随后，将微胶囊转移到选择性LB培养基中，以促进在微胶囊中形成密集的益生菌菌落。

  图1 木葡糖酸醋杆与益生菌共培养产生益生元-益生菌活体胶囊的示意图

  该研究所建立的方法利用细菌纤维素作为益生菌的保护涂层，抵抗各种极端条件，包括模拟胃、胆汁盐、肠液和抗生素。右旋糖酐作为一种益生元，增加了产生短链脂肪酸的细菌的丰度，并使益生菌根据肠道菌群智能释放。体内研究表明，含益生元-益生菌活体胶囊的密集菌落益生菌可拮抗肠道病原菌，恢复肠道菌群稳态，对肠炎小鼠具有良好的治疗效果。

  总的来说，该研究构建的益生菌和益生元生物材料的原位自组装策略能够为治疗炎症性肠病的提供一个新的有效途径。

  论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c00657