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脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)是广泛存在于人类下消化道粘膜表面的一类肠道共生菌,根据是否产肠毒素,脆弱拟杆菌又可分为产肠毒素脆弱拟杆菌和不产肠毒素脆弱拟杆菌。诸多研究表明,不产肠毒素脆弱拟杆菌具有改善宿主肠道屏障、丰富肠道微生态、防止肠道病原体感染、提升肠道免疫力以及缓解宿主炎症等益生功能,因此脆弱拟杆菌被认为是二代益生菌候选菌株之一。目前国际上针对功能性脆弱拟杆菌的研究主要局限于美国人群来源的模式株NCTC 9343,对中国人群来源脆弱拟杆菌的研究较少,尤其是不了解相比于模式菌株,中国人群来源菌株在遗传背景和生理功能上的特点。为了解中国人群肠道中脆弱拟杆菌的菌株差异及益生功能,本课题通过体外分离中国人群肠道的脆弱拟杆菌,结合菌株基因组测序与体内外功能评价模型,筛选得到了2株来自健康中国人群肠道的具有抑制炎症作用的脆弱拟杆菌功能菌株。首先,对来自全国16个不同省份的280份中国健康人群粪便样本进行脆弱拟杆菌的分离筛选,共得到了59株不同宿主来源的脆弱拟杆菌菌株。通过二代测序技术测定菌株基因组草图并与NCBI库中包括NCTC 9343在内的4株模式菌进行比较基因组学分析,结果表明不同脆弱拟杆菌的鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)含量均在43%左右,共存在2274个核心基因,这些基因主要参与细胞壁/膜/包膜生物的发生、碳水化合物、无机离子及氨基酸的转运和代谢等满足其基本生命需求的新陈代谢过程。核酸一致性分析显示中国人群肠道中的脆弱拟杆菌株间差异极大,可分为两类,1类脆弱拟杆菌包含4株模式菌株,2类脆弱拟杆菌均为中国人群来源,这两大类菌株类群内的平均核苷酸一致性(ANI)指数均大于96%,故而类群内部具有较高的一致性。且碳水化合物活性酶基因分析结果显示,这两类菌株的碳水化合物活性酶六大家族分布存在普遍规律,但2类脆弱拟杆菌在合成辅助活性氧化还原酶、碳水化合物结合模块以及碳水化合物酯酶的基因数量方面与1类脆弱拟杆菌存在差异。基于物种树与核酸一致性结果,挑选了类群1中6株不产肠毒素脆弱拟杆菌菌株进行后续益生功能的评价。通过腹腔注射脂多糖(LPS)构建小鼠系统性炎症模型,探究脆弱拟杆菌干预对小鼠免疫调节能力的影响,结果表明不同脆弱拟杆菌菌株对小鼠炎症的缓解作用存在差异。其中,FGXGL59E1和FGXGL107E4菌株干预组的小鼠可明显缓解LPS诱导的急性炎症,包括显著降低血清中促炎因子肿瘤坏死因子α(TNF-α)和白细胞介素-6(IL-6)的含量,缓解小鼠肠道炎症浸润和黏膜出血。此外,FGXGL59E1和FGXGL107E4菌株干预还可改善小鼠肠道菌群结构,增加肠道中乳杆菌属(Lactobacillus)和阿克曼菌属(Akkermansia)的丰度及短链脂肪酸的含量。巨噬细胞RAW264.7体外炎症模型进一步验证脆弱拟杆菌FGXGL59E1和FGXGL107E4菌株的功能性,结果显示,脆弱拟杆菌对巨噬细胞活性的影响与商业益生菌鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus GG,LGG)相当,均可提高巨噬细胞抵抗炎症的免疫活力,而大肠杆菌与致病性沙门氏菌则表现出对巨噬细胞免疫应答的抑制效果。初步分析FGXGL59E1和FGXGL107E4菌株的功能基因分布规律表明,这两株菌中胞内较低丰度的复制重组、信号传导及防御机制基因和较高丰度的翻译后修饰、蛋白质周转及伴侣蛋白基因,可能与其益生功能相关。综上所述,通过不同粪便样本中脆弱拟杆菌的分离筛选、比较基因组学分析及体内外炎症模型评价,最终筛选得到了2株具有抑制炎症作用的脆弱拟杆菌FGXGL59E1和FGXGL107E4,分别位于物种树的簇5(包含NCTC 9343)和簇4。这两株菌可改善小鼠菌群结构,增加肠道菌群多样性,显著提升其有益菌的含量并促进短链脂肪酸的生成,提升小鼠肠道屏障免疫力和抑制LPS诱导的小鼠炎症反应。在体外炎症细胞模型中,还可显著提升巨噬细胞抵抗炎症的功能活性。