高级醇 · 代谢工程文献库

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Prophylactic administration of overproducing- abscisic acid Bacillus licheniformis attenuated DSS-induced colitis in mice by regulating the gut microbiota and immune activity

作者
Zeyan Xu, Lijiang Zhao, Mengting Wu, Anqi Cui, Wei Chen, Guohao Zheng, Jingyi Zhou, Daqing Gao, Ruihua Shi
单位
School of Medicine, Southeast University, Nanjing, Jiangsu 210009, China; Department of Gastroenterology, Affiliated Zhongda Hospital, Southeast University, Nanjing, Jiangsu 210009, China
杂志
BMC Microbiology（2025）
DOI
10.1186/s12866-025-03988-4
所属领域
合成生物学
关键词
Abscisic acidBacillus licheniformisCyp geneGut microbiotaInflammatory bowel disease
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解决的核心问题

炎症性肠病（IBD）缺乏满意的治疗方法，需开发新的预防策略。本研究旨在通过基因工程提高益生菌地衣芽孢杆菌的脱落酸（ABA）产量，并验证其对DSS诱导结肠炎的预防效果。

研究策略

在地衣芽孢杆菌中过表达cyp基因（编码细胞色素P450单加氧酶）以增强ABA合成，构建Bl-cyp菌株；通过预防性灌胃给予小鼠Bl-cyp培养物，评估其对DSS诱导结肠炎的症状、肠道屏障、肠道菌群及免疫应答的影响。

研究路线图

100%
炎症性肠病缺乏满意治疗，需开发新预防策略
策略：过表达cyp基因增强ABA合成，构建Bl-cyp菌株
关键改造：在地衣芽孢杆菌中过表达cyp基因（P450单加氧酶）
结果1：Bl-cyp菌株ABA产量达95 μg/mL（对照26 μg/mL）
结果2：减轻DSS结肠炎表征（体重、DAI、结肠长度）
结果3：改善肠道屏障（杯状细胞、occludin、LPS水平）
结果4：调节肠道菌群（α-多样性、Bacteroidota比例）
结果5：调节免疫应答（Treg/Th17、细胞因子谱）
结论：Bl-cyp预防给药缓解DSS结肠炎，提供IBD新预防策略
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核心内容

本研究通过在地衣芽孢杆菌中过表达编码细胞色素P450单加氧酶的cyp基因，构建了ABA高产菌株Bl-cyp。该菌株在Nfb培养基中培养48小时ABA浓度达95 μg/mL，显著高于亲本菌株的26.5 μg/mL。预防性灌胃给予Bl-cyp培养物可显著减轻DSS诱导小鼠的体重下降和疾病活动指数，延长结肠长度，降低结肠组织IL-6 mRNA表达，增加杯状细胞数量和occludin基因表达，并降低血清LPS水平。在菌群层面，Bl-cyp给药改善了肠道菌群α-多样性，提高Bacteroidota:Bacillota比例并抑制机会致病菌Escherichia过度生长；在免疫层面，升高Treg细胞比例、降低Th17细胞比例，降低促炎因子TNF-α、IL-6、IL-22水平，升高抗炎因子IL-10水平，效果与高剂量ABA处理相当。结果表明，Bl-cyp预防性给药可通过调节肠道菌群和宿主免疫稳态有效缓解DSS诱导结肠炎，且其菌群调节效果优于单纯ABA处理，为IBD预防策略的开发提供了新思路。

创新点

['首次构建过表达cyp基因的地衣芽孢杆菌Bl-cyp菌株，其ABA分泌量显著高于亲本菌株', '证明Bl-cyp预防性给药可更有效减轻DSS诱导的小鼠结肠炎，且在调节肠道菌群方面优于单纯ABA处理']

研究对象（2）

底盘细胞代谢通路基因蛋白功能说明
Bacillus licheniformis ATCC 12759 脱落酸（ABA）生物合成 cyp Cyp（细胞色素P450单加氧酶） 催化 过表达cyp基因使菌株ABA产量显著提高（48h达95 μg/mL）
Escherichia coli BL21 重组蛋白表达 cyp Cyp（细胞色素P450单加氧酶） 催化 用于克隆和表达验证，确认Cyp蛋白表达

关键发现

  1. Bl-cyp菌株在Nfb培养基中培养48h的ABA浓度达95 μg/mL，显著高于Bl（26.5 μg/mL）和Bl-pET28a（26 μg/mL）
  2. Bl-cyp预防性给药显著降低DSS小鼠的体重下降和疾病活动指数（DAI），延长结肠长度，降低结肠组织IL-6 mRNA表达（P<0.001）
  3. 增加杯状细胞数量和occludin基因表达，降低血清LPS水平（P<0.001）
  4. 改善肠道菌群α-多样性（Sobs指数显著升高），提高Bacteroidota:Bacillota比例，抑制机会致病菌Escherichia过度生长
  5. 升高Treg细胞比例、降低Th17细胞比例，降低促炎细胞因子TNF-α、IL-6、IL-22水平，升高抗炎因子IL-10水平（与ABA-H组相当）。

研究结论

预防性给予Bl-cyp菌株可通过调节肠道菌群和宿主免疫状态有效缓解DSS诱导的结肠炎，可能为IBD提供一种新的预防策略。