突破性进展：工程益生菌精准狙击李斯特菌，为致命感染防护开辟新路径

单核细胞增生李斯特菌（L. monocytogenes，简称 Lm）作为一种致命食源性致病菌，对新生儿、老年人及免疫功能低下人群危害极大，其病死率高达 20%-30%，且可穿越血脑屏障和胎盘屏障引发严重并发症。目前尚无针对李斯特菌病的疫苗，传统益生菌在预防感染方面效果有限。发表于《Nature Communications》的一项研究成功构建了靶向性生物工程益生菌（BLP），通过表达李斯特菌黏附蛋白（LAP），实现了对 Lm 感染的高效防控，为食品安全生产和公共卫生防护提供了革命性解决方案。

一、研究背景：传统防控手段受限，益生菌工程化成为新方向

李斯特菌病的爆发多与即食食品污染相关，尽管通过彻底烹饪、规范食品处理等措施可降低风险，但对于高风险人群仍缺乏有效的主动防护手段。传统益生菌虽被认为可通过竞争黏附位点、调节肠道菌群平衡等方式抵御病原体，但存在肠道定植能力弱、与致病菌竞争能力不足等缺陷，难以形成稳定防护效果。

Lm之所以能突破肠道屏障引发感染，关键在于其表面的李斯特菌黏附蛋白（LAP）可与宿主肠道上皮细胞的热休克蛋白60（Hsp60）结合，激活下游信号通路导致肠道屏障功能紊乱，为细菌translocation创造条件。有趣的是，非致病性李斯特菌也含有LAP基因，但其LAP无法分泌到细胞表面发挥毒力作用。基于这一特性，研究团队提出通过工程化改造益生菌，使其表面表达LAP，从而竞争性阻断Lm与宿主受体的结合，为开发高效防控策略提供了新思路。

二、实验设计：精准改造益生菌，构建三重防护机制

研究团队以常用益生菌干酪乳杆菌为宿主，通过基因工程技术将致病性李斯特菌和非致病性无害李斯特菌的LAP基因分别导入其中，构建了两种工程益生菌菌株。实验通过体外细胞模型和体内动物模型，系统评估了工程益生菌的肠道定植能力、对Lm感染的抑制效果及相关分子机制。

实验流程包括：首先验证工程益生菌在模拟胃肠液中的存活能力及LAP表达稳定性；随后通过体外细胞实验检测其对Lm黏附、侵袭的抑制作用；最后通过小鼠灌胃实验，评估工程益生菌的肠道定植持久性、对Lm体内感染的防护效果，以及对肠道屏障功能和免疫系统的调节作用。同时，通过免疫荧光染色、Westernblotting、转录组分析等技术，深入解析工程益生菌的作用机制。

三、核心发现：工程益生菌实现高效防控，三重机制筑牢防护屏障

1.肠道定植能力显著增强，为长效防护奠定基础

与野生型干酪乳杆菌（LbcWT）相比，两种工程益生菌菌株在模拟胃肠液中均能稳定存活，且LAP表达不受胃酸、胆汁环境影响。体内实验显示，工程益生菌经口服后，在小鼠肠道内的定植量较野生型提高约10倍，且能持续定植长达20天以上，即使停止给药后仍能维持较高的肠道菌群占比。这种增强的定植能力源于LAP与肠道上皮细胞Hsp60受体的特异性结合，使工程益生菌能够紧密黏附于肠道黏膜表面，形成稳定的生物膜结构，为抵御Lm感染提供了持续的物理基础。

2.竞争性排斥机制阻断Lm黏附，从源头遏制感染

工程益生菌通过双重方式实现对Lm的竞争性排斥：一方面，其表面表达的LAP可与Lm竞争结合肠道上皮细胞的Hsp60受体，占据关键黏附位点，使Lm无法附着于细胞表面；另一方面，工程益生菌能与Lm形成共聚集复合物，通过肠道蠕动将其排出体外。体外实验证实，工程益生菌预处理可使Lm对Caco-2细胞的黏附率降低90%-99%，侵袭率和translocation效率显著下降；体内实验中，工程益生菌处理组小鼠肠道内Lm定植量较对照组减少100倍以上，粪便中Lm排出量显著增加，有效阻止了Lm在肠道内的定植和扩散。

3.修复肠道屏障功能，阻断Lm跨膜转运

Lm感染会激活宿主细胞的核因子-κB（NF-κB）和肌球蛋白轻链激酶（MLCK）信号通路，导致紧密连接蛋白（claudin-1、occludin）和黏附连接蛋白（E-钙粘蛋白）的分布紊乱，破坏肠道屏障完整性。而工程益生菌可通过占据Hsp60受体，阻断LAP-Hsp60介导的信号激活，抑制MLCK的活化和肌球蛋白轻链（MLC）的磷酸化，维持肠道上皮细胞连接的完整性。实验显示，工程益生菌处理组小鼠的肠道跨上皮电阻（TEER）显著高于对照组，肠道通透性显著降低，荧光素标记的葡聚糖（FD4）渗漏量减少62%以上，有效阻止了Lm通过肠道屏障进入血液循环。

4.调节免疫系统平衡，增强宿主抗感染能力

工程益生菌不仅能直接抑制Lm，还能通过调节肠道免疫系统增强宿主自身的抗感染能力。研究发现，工程益生菌可显著增加肠道内FOXP3+调节性T细胞、CD11c+树突状细胞和自然杀伤细胞（NK细胞）的数量，同时促进抗炎细胞因子（IL-10、TGFβ）和抗菌细胞因子（IFNγ）的分泌，抑制促炎因子（TNFα、IL-6）的产生。这种免疫调节作用既增强了对Lm的清除效率，又避免了过度炎症反应对肠道组织的损伤，维持了肠道免疫稳态。体内实验显示，工程益生菌处理组小鼠感染Lm后的存活率高达92%，而野生型益生菌组存活率仅为60%，且肝脏、脾脏、血液等组织中的Lm载量降低100-1000倍。

5.非致病性LAP更具应用潜力，安全性与有效性兼具

两种工程益生菌菌株（LbcLAPLm和LbcLAPLin）的防控效果无显著差异，但非致病性无害李斯特菌来源的LAP菌株（LbcLAPLin）更具临床应用潜力。由于其LAP来自非致病菌，避免了致病性基因可能带来的安全隐患，降低了regulatory审批风险。此外，工程益生菌在发挥防控作用的同时，未对宿主肠道菌群结构和生理功能造成不良影响，进一步证实了其安全性。

对细菌7天生长量无显著差异，但菌株间表现出明显区别：实验室菌株EGDe的生长量显著高于QOC1（1.540）和R479a（1.913）菌株。研究推测，三种食品均富含脂质，其中的外源性不饱和脂肪酸可能通过调节细菌细胞膜流动性，支持其在低温环境下生长，但未因食品类型产生差异化影响。

四、研究意义：开辟益生菌工程化新范式，为食源性感染防控提供新策略

该研究首次通过基因工程技术赋予益生菌靶向识别致病菌的能力，构建了“竞争性排斥-屏障修复-免疫调节”三重防护机制，显著提升了对李斯特菌感染的防控效果。工程益生菌不仅解决了传统益生菌定植能力弱、作用不精准的问题，还为食源性致病菌的防控提供了新的技术路径。

研究结果的应用前景广泛：一方面可作为高风险人群（如老年人、孕妇、免疫功能低下者）的膳食补充剂，通过日常食用增强肠道抵抗力，预防李斯特菌感染；另一方面可应用于食品加工领域，通过添加工程益生菌制剂，延长即食食品的保质期，降低污染风险。此外，该研究建立的“致病菌黏附蛋白-宿主受体”靶向工程策略，也为其他食源性致病菌（如沙门氏菌、大肠杆菌等）的防控提供了可借鉴的模板，具有重要的推广价值。

未来研究将进一步优化工程益生菌的基因构建，增强其在复杂肠道环境中的适应性和稳定性，并开展人体临床试验验证其安全性和有效性。同时，探索工程益生菌与其他防控手段（如食品防腐剂、疫苗）的联合应用，为构建全方位、多层次的食源性感染防控体系提供技术支撑。

原文出处： https://www.nature.com/articles/s41467-020-20200-5