众所周知，饮食是塑造宿主肠道微生物群的最重要因素之一。乳酸菌是一类常见的益生菌，广泛分布于宿主肠道中，研究已将肠道中乳酸菌的变化与饮食习惯的差异联系起来。不同的饮食习惯不仅会影响肠道内乳酸菌的结构组成，还会影响其功能。因此，我们从具有不同饮食习惯的个体收集的样本中剖析了 283 个宏基因组，调查了不同种类乳酸菌的存在。我们证明，在杂食性人群的粪便样本中发现了最高丰度的乳酸杆菌，并且瘤胃乳杆菌( L. ruminis ) 和植物乳杆菌(L. plantarum)在这些样品中比在素食和纯素食样品中更普遍。此外，我们通过重建样本中瘤胃乳杆菌(丰度最高)的宏基因组组装基因组(MAG)，确定不同的饮食结构会影响乳酸杆菌的功能潜力。与素食相关的瘤胃乳杆菌菌株具有更高的“复制、重组和修复”功能潜力，并且还可能具有更强的谷胱甘肽(GSH)合成和代谢能力。我们的分析结果为针对不同饮食习惯的人特定选择乳酸菌菌株的可能性提供了证据。

  先前对人类和小鼠的研究表明，不同类型的短期或长期饮食习惯会影响个体肠道微生物群的结构和功能，从而导致每个人独特的肠道健康状态。然而，目前的研究更多地集中在16s测序水平上分析整体肠道微生物群的丰度和功能变化。事实上，饮食对肠道菌群的影响在物种和菌株水平上是不同的，这种差异进一步导致了不同细菌在不同饮食下的功能特异性。因此，我们发现Prevotella copri在纯素饮食中具有更强的降解复杂碳水化合物的能力，在杂食性饮食中具有更强的支链氨基酸生物合成能力，这突出了物种水平和菌株水平分析对不同饮食反应的重要性。然而，目前的研究仅表明饮食对乳酸菌的丰度有影响，其总丰度、组成、功能与饮食结构之间的相关性还缺乏深入的探讨。因此，有必要通过元基因组测序，利用种级甚至菌株级的分辨率来进一步表征乳酸菌，以了解不同的饮食是否可以选择特定的乳酸菌种类，以及这些特定乳酸菌种类之间的功能差异。

  在这里，我们研究了不同饮食模式的受试者肠道宏基因组中的乳酸菌。我们的初步分析表明，不同饮食模式的参与者肠道中乳酸菌的总丰度和多样性有显著差异。与其他两种饮食类型相比，杂食动物的蛋白质和脂肪含量较高，纤维含量略低，而纯素食者的饮食中缺乏动物来源的蛋白质和脂肪。这些因素可能影响了不同饮食组乳酸菌的总丰度和多样性。此外，杂食者和素食者的乳酸菌种类数量远高于纯素食者，纯素食者样品中未检出某些乳酸菌种类。根据生活方式的不同，乳酸杆菌可分为自由生活型、游牧型和宿主适应型。在所有3种饮食类型中检测到的乳酸菌中，大多数是宿主适应型，只有Lentilactobacillus buchneri是自由生活型。这也与宿主适应乳酸杆菌进化获得对胆汁酸更大的耐受性和在宿主饮食中发酵多糖的能力的观点一致。

  基于多样性的差异，我们进一步观察到不同的饮食类型可以丰富特定种类的乳酸菌，如杂食动物中瘤胃乳杆菌和植物乳杆菌的丰度明显高于其他饮食类型。与其他乳酸菌相比，植物乳杆菌广泛分布于乳制品、蔬菜和肉类中，也广泛分布于胃肠道中。植物乳杆菌的高活力和多样化的代谢途径，以及丰富的碳水化合物、氨基酸和脂质转运和代谢基因，使其在营养丰富的环境中更具竞争力，这可能是其在杂食性食物中丰度较高的原因。副干酪乳杆菌和嗜酸乳杆菌在素食者中比在纯素食者中更丰富，这两种细菌通常用于奶酪的发酵，甚至一起用于切达奶酪。本研究中分析的人群样本主要来自西方人群，素食者缺乏乳制品，特别是奶酪的摄入可能是这两种乳酸菌丰度降低的重要原因。

  对瘤胃乳杆菌COGs的分析表明，差异COGs在杂食性样品中患病率较低，而大多数差异COGs在素食性样品中患病率最高。饮食类型的两两比较显示，所有差异的COGs在杂食动物中都不太普遍。这可能表明来自素食者和素食者样本的菌株需要更特殊的功能来适应这种缺乏脂肪和蛋白质的环境。此外，相对于缺乏动物源性脂肪和蛋白质而言，纯素食者和素食者能够食用更多的叶类蔬菜，这些蔬菜含有不可消化的碳水化合物，而碳水化合物是乳酸菌的重要底物，以菊粉为例，菊粉的发酵增加了乳酸菌粘附的能力，这种对乳酸菌特定功能的选择可能与某些差异COGs的患病率增加有关。

  与素食饮食相关的乳酸菌显示出具有最高数量差异COGs的[L]类基因的较高流行率，其中包括DNA聚合酶，DNA甲基化酶和DNA甲基转移酶。DNA甲基化相关酶的增加可能增加了瘤胃乳杆菌的转录可塑性，使瘤胃乳杆菌更具弹性，提高了瘤胃乳杆菌在素食者体内生存的能力，从而维持肠道内稳态。此外，膳食中多糖的摄入可以改变肠道细菌的DNA甲基化谱，从而影响代谢，这可能是素食者中与DNA甲基化相关的乳酸菌COG增加的原因之一。此外，我们的研究结果表明，素食者可能会选择具有更多GSH合成和代谢能力的瘤胃乳杆菌菌株。因此，素食者体内乳酸杆菌菌株丰度的增加可能表明，素食可以通过改变肠道微生物群的组成和功能性代谢物对人体产生有益的影响。

  同时，我们发现素食者可能会选择具有较高氨基酸代谢和合成能力的特定瘤胃乳杆菌菌株。除了谷氨酸相关酶的高发外，chorismate mutase (EC 5.4.99.5，细菌中Phe和Tyr合成途径的必需酶)在素食样品中也较高。相比之下，在素食样本的COGs中，“NlpC P60家族蛋白”功能属于[M]类别。NlpC/ P60蛋白是一种细胞壁水解酶。研究表明，NlpC/P60结构域可以与其他催化结构域融合，在细胞壁代谢中表现出多种生物学功能，与细胞竞争、防御和毒力有关。这表明素食样品中的乳酸菌可能需要并且具有更强的竞争和生存能力。

  该研究结果提供了证据，证明肠道总丰度和乳酸菌种类至少受饮食类型和其他环境因素的影响。同时，已有研究表明，肠道微生物的功能和代谢特征受到饮食的影响，并且同一微生物的功能在不同的饮食特征中存在一定的差异。我们的研究结果也支持了同一种乳酸菌在不同饮食类型下的功能并不完全相同的观点。这些不同的功能意味着，在未来，在筛选益生菌乳酸菌时，可以针对不同饮食类型的人群特异性地分离或选择目标菌株。

  DOI: 10.1039/d3fo02182c