FSHW | 凝结魏茨曼氏菌：一种促进肠道健康的理想型益生菌

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Introduction

众所周知，益生菌是一种活的微生物，当被摄入足够数量时，能对宿主起到有益健康的作用。这一定义包含了三个基本要素：活的微生物，足够数量和有益的作用。健康人体的肠道菌群通常是一种拟杆菌门和厚壁菌门为主的微生态平衡系统。环境因素如饮食方式，酒精和抗生素药物等，以及遗传因素都可能干扰这种平衡，从而造成肠道菌群失调。有益菌的减少和有害菌的增加，可进一步导致肠道粘膜屏障受损，引起机体免疫和代谢功能的紊乱。补充益生菌和益生元，粪菌移植等已经被广泛证实可作为修复肠道菌群失衡的有效手段。

图1肠道微生态失衡的修复

传统益生菌主要包括乳酸杆菌和双歧杆菌等，通常对不利环境因素如热，水分和氧气等耐受性差，从而大大限制了其在食品领域的应用。凝结魏茨曼氏菌（前称凝结芽孢杆菌）是一种产乳酸且可生成芽孢的细菌。因其具备一般益生菌的功能和孢子菌的加工和储存稳定性，受到了越来越多的研究者和食品生产者的重视。研究表明凝结魏茨曼氏菌可通过调节肠道菌群，平衡免疫，促进消化和代谢等从而改善机体健康状况。中国农业大学食品科学与营养工程学院张世奇博士、中国农业大学工学院尚楠副教授等在本文中对凝结魏茨曼氏菌的微生物学特性，促进机体健康的相关作用机制，以及临床研究结果进行了综述，探讨了其作为一种理想型益生菌候选的研发方向。

Results and discussion

凝结魏茨曼氏菌

凝结魏茨曼氏菌最早由Hammer于1915年从变质的炼乳中分离获得，是一类革兰氏阳性、兼性厌氧至微好氧菌。可分离自土壤，罐头食品，番茄汁，明胶，牛奶，医药制剂和青贮饲料等。凝结魏茨曼氏菌中度嗜热，最佳生长温度为35℃-50℃，最高生长温度为57℃-61℃。截止目前公布在NCBI上的凝结魏茨曼氏菌基因组有44个，基因组的平均总长度3.42 Mb，GC含量46.5%。该菌种已通过美国食品药品监督管理局的GRAS（一般认为安全的物质）认定。2016年，中国卫生计生委也批准了凝结魏茨曼氏菌作为食品可用菌种。世界范围内已有若干凝结魏茨曼氏菌菌株应用于各类益生菌食品中。

表1 国际市售凝结魏茨曼氏菌菌株

凝结魏茨曼氏菌调节肠道健康的作用机制

肠道菌群失调已被证明与多种疾病尤其是慢性疾病有关。凝结魏茨曼氏菌可通过多种方式修复肠道内环境的微生态平衡。1）增加肠道内有机酸含量，如乳酸、乙酸、丙酸和丁酸等，从而维持肠腔弱酸环境防止有害菌过度增殖，并为肠上皮细胞提供能量物质；2）产生抗菌物质，如细菌素、脂肽和苯乳酸等，抑制肠道内有害菌的增殖；3）消耗肠腔内氧气，促进厌氧内环境，从而有利于有益严格厌氧菌的生存。

凝结魏茨曼氏菌调节免疫力作用

研究表明，凝结魏茨曼氏菌的孢子和营养体都可被肠道免疫细胞识别，增强机体的天然非特异性免疫，而当机体罹患炎症性肠道疾病时，又可抑制肠道炎症的水平。菌体代谢产物如短链脂肪酸、胞外多糖、细菌素等，以及细胞组分如脂磷壁酸、肽聚糖、芽孢衣等也发挥着重要作用。

图2 凝结魏茨曼氏菌调节免疫的作用

凝结魏茨曼氏菌促进消化吸收与代谢功能

凝结魏茨曼氏菌具有芽孢杆菌属产酶丰富的特点，如蛋白酶、淀粉酶、脂酶、磷酸酶等。若干凝结魏茨曼氏菌菌株被发现可高产降解乳糖的β-半乳糖苷酶，使其可应用于牛乳制品中解决部分消费者乳糖不耐受的问题。凝结魏茨曼氏菌通过直接降解食物成分，改善肠道菌群结构和肠腔内环境实现促进机体消化吸收和代谢的功能。

凝结魏茨曼氏菌促进肠道健康的临床研究

以凝结魏茨曼氏菌GBI-30, 6068为代表，若干菌株经临床试验证明其在缓解便秘，预防或治疗腹泻，改善肠易激综合征、非酒精性脂肪肝、糖尿病、类风湿性关节炎，促进消化或者增强抵抗力等方面具有良好效果。

凝结魏茨曼氏菌安全性评价

凝结魏茨曼氏菌IDCC 1201经基因型和表型研究表明其既不携带抗生素和毒素基因，也对所测试抗生素敏感和不产生有毒代谢产物，高剂量小鼠喂养试验中也未见异常。菌株GBI-30, 6068的一年长期口服毒性研究也表明其是安全的。另一方面，凝结魏茨曼氏菌是非人体原籍寄居菌，仅可在肠道内短暂停留，可被看作是一种环境友好型益生菌：不抢占生态位，仅通过促进原籍有益菌的增殖而修复肠道菌群失衡。短暂驻留的特性也可降低其引发机会性感染和致病性相关基因转移的风险。然而，FAO/WHO建议，任一益生菌菌株在食品或药品领域的大规模应用过程中都应该持续监测其流行病学不良事件的发生。

凝结魏茨曼氏菌调节机体健康的作用机制

口服凝结魏茨曼氏菌孢子菌后，孢子可在肠道内萌发，增殖和再次成孢。在其生命循环的过程中，可降低肠腔氧含量，产生有机酸、细菌素和脂肽等，促进有益菌增殖和抑制有害菌数量，从而达到平衡肠道菌群的效果。孢子、脂磷壁酸、胞外多糖和肽聚糖等作为微生物相关分子模式调节Th1/Th2的水平，从而介导促炎/抗炎的免疫平衡作用。丰富的消化酶可促进机体对蛋白和乳糖等的消化功能。通过增加肠道内有益代谢产物浓度和减少有害物质的产生从而缓解机体的代谢性紊乱。

图3 凝结魏茨曼氏菌促进机体健康的作用机制

前景展望

凝结魏茨曼氏菌在功效性，安全性，加工性和稳定性等方面都展现出了优越性。大量数据已经表明，益生菌的功效性是具有菌株特异性的。深度研究凝结魏茨曼氏菌孢子菌在肠道中的生命周期规律，调节免疫系统和代谢系统功能的具体分子机制，以及开展充分的临床功效评价，将有助于开发出更加高效和精准的凝结魏茨曼氏菌益生菌株。

作者简介

第·一·作·者

张世奇，男，博士研究生，中国农业大学食品科学与营养工程学院，食品科学专业。主要研究方向为益生菌活性代谢产物结构与功能研究。

通·信·作·者

尚楠，女，中国农业大学工学院农业工程系副教授、研究生导师，中国农业大学优秀人才引进，入选北京市“青年人才托举工程”，美国食品科学技术学会IFT食品化学分会委员、中国老年学和老年医学学会营养食品分会青年委员、 Food Chemistry编委、Food Science and Human Wellness副主编、Foods客座编辑等。主要从事益生菌/益生元、食源性天然活性产物的开发利用及其对人类营养健康的调控机制；农产品及其副产物高值化、高质化综合利用等。主持国家自然科学基金青年基金项目、“十四五”国家重点研发计划项目子课题、北京市乡村振兴科技项目子课题等多项科研项目。发表SCI/EI论文50余篇，第一作者/通讯作者论文近30篇（h-index 14）；参与撰写规划教材及中文著作6部、英文学术著作6部；获授权国家发明专利5项、软件著作权3项。

Weizmannia coagulansan ideal probiotic for gut health

Shiqi Zhanga,b, Pinglan Lia,c, Suwon Leeb, Yu Wanga, Chunming Tana,c, Nan Shangc,d,*

a Key Laboratory of Functional Dairy, Ministry of Education, College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China

b Coree Beijing Co., Ltd., Beijing 101312, China

c Key Laboratory of Precision Nutrition and Food Quality, Department of Nutrition and Health, China Agricultural University, Beijing 100083, China

d College of Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China

*Corresponding author.

Abstract

Weizmannia coagulans (formerly Bacillus coagulans) is a spore-forming and lactic acid-producing bacterium. It has recently attracted much attention from researchers and food manufacturers due to its probiotic functions and stability in processing and storage. W. coagulans is capable of improving gut health through the regulation of gut microbiota, modulation of immunity, and improving digestibility and metabolism. Spores, germinated cells and metabolites of W. coagulans modulate the gut micro-environment and further affect other organs. W. coagulans is an environment-friendly probiotic since it can contribute to the host by reconstructing the balance of gut microbiota and only temporarily resides in the intestine after administration. W. coagulans has been generally recognized as safe (GRAS) by the US Food and Drug Administration (FDA), thus it is an ideal probiotic for improving gut health. The merit of its stability in processing and storage provides W. coagulans spores many possibilities for its use in various types of functional foods. This review presents an overview of the characteristics of W. coagulans that make it an ideal probiotic candidate and highlights the proposed health benefits with scientific evidence conferred by the administration of W. coagulans.

Reference:

ZHANG S Q, LI P L, LEE S W, et al. Weizmannia coagulans : a n ideal probiotic for gut health [J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(1): 16-26. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250002.

文章编译内容由作者提供

编辑：王佳红；责任编辑：孙勇

封面图片来源：图虫创意