益生菌 “打头阵”，助力新型纳米递送系统靶向清除腹泻病原菌

近日，中国农业大学马曦教授团队在国际权威学术期刊《先进材料》上发表了题为“Mannosylated MOF Encapsulated in Lactobacillus Biofilm for Dual-Targeting Intervention Against Mammalian Escherichia coli Infections”的研究性论文。该研究以断奶仔猪为模型，创建了基于益生菌生物膜与病原菌靶向技术的递送系统，提出一种安全有效、可恢复肠道稳态的双重靶向抗菌新策略，为解决健康养殖端抗生素禁用背景下断奶仔猪腹泻难题提供了新的思路。

中国农业大学动物科学技术学院的马曦教授领导的研究小组开发了一种名为Zn-MOF@Man/LRB的纳米材料。这种材料具备肠道靶向递送功能和对病原菌的黏附能力。它通过三种机制发挥效用：物理聚集黏附细菌、化学作用破坏细菌膜进行杀菌，以及利用益生菌生物膜维持菌群平衡和免疫调节。研究证明，该材料能有效针对大肠杆菌进行清除。在断奶仔猪、人类和小鼠的腹泻模型中，它都显示出了显著的治疗效果，为解决断奶仔猪腹泻问题提供了新的解决方法。纳米材料首先通过其表面的甘露糖修饰实现对病原菌的特异性识别与黏附，这种靶向性确保了材料能够精准地作用于目标细菌，减少了对肠道内其他有益菌群的干扰。随后，其内部的金属有机框架结构发挥了关键作用，通过释放锌离子等活性物质，与细菌细胞膜发生相互作用，导致细菌膜结构的破坏，从而达到杀菌的效果。此外，该材料还巧妙地利用了乳酸菌生物膜作为载体，不仅增强了材料的稳定性和生物相容性，还促进了材料在肠道内的定殖和持久作用。乳酸菌生物膜本身具有的益生菌特性，有助于调节肠道菌群平衡，增强机体的免疫力，为肠道健康提供了额外的保障。

基于金属有机框架材料的抗菌特性，研究者开发了一种新的锌基MOF材料Zn-MOF，其表面积是传统氧化锌纳米颗粒的20倍，大幅提升了对浮游菌的杀灭能力和对生物膜的穿透效果。通过甘露糖的修饰，Zn-MOF获得了与大肠杆菌I型菌毛FimH蛋白特异性结合的能力，能够有效促进病原菌的聚集，从而实现精确的靶向清除。

借助全基因组测序技术，研究小组成功筛选出能够高效构建生物膜的乳酸杆菌种类，并首次利用益生菌生物膜作为纳米颗粒的包裹材料。这种生物模拟方法确保了锌基MOF材料在胃酸条件下的稳定性，实现了精准的肠道释放，增强了口服生物利用度，并有助于持续调节肠道菌群平衡。无论是体内还是体外实验，均证实了Zn-MOF@Man/LRB处理的安全性。合成的纳米复合材料在仔猪、小鼠和人类模型中均显示出显著的抗炎和抗腹泻作用，能够维持肠道菌群平衡，促进干细胞分化，并修复肠道屏障功能。该材料实现了抗菌治疗与微生态调节的协同作用，为畜牧业的无抗绿色养殖提供了具有潜力的应用前景。

这种新型纳米递送系统能高效杀菌，最小化对正常肠道菌群的干扰。它通过益生菌精准识别并清除腹泻病原菌，保护有益菌，利用甘露糖的特异性结合能力。这种策略提高了治疗效率，减少了药物副作用，为腹泻治疗提供了新方法。该系统还具有良好的生物相容性和稳定性，在肠道环境中保持结构和功能完整，有效对抗病原菌并持续调节肠道环境。这对于慢性或反复腹泻患者尤其重要，因为它提供了一种持久稳定的治疗方案。综上，这种基于益生菌的纳米递送系统在腹泻治疗中显示出巨大潜力，有望成为未来的重要突破。

参考资料：

DOI:10.1002/adma.202503056