基地科研团队在益生菌与家蚕互作机制方面取得重要成果

2024年5月14日，基地科研团队在线发表题为“Pediococcus pentosaceus ZZ61 enhances growth performance and pathogenic resistance of silkworm Bombyx mori by regulating gut microbiota and metabolites”的论文。该研究筛选到1株能够促进家蚕生长及抗病性能的益生菌戊糖片球菌，揭示该益生菌通过影响家蚕营养代谢、调节肠道微生物和代谢产物，进而促进家蚕生长和健康。研究结果为益生菌与宿主互作机制提供新见解，为家蚕等资源昆虫的健康养殖和病害防治提供了新思路。

在本研究中，通过向人工饲料中添加不同的微生物饲喂家蚕，发现不同的菌株对家蚕体重的影响不同，表现出菌株特异性，其中1株戊糖片球菌ZZ61能使家蚕体重显著增加，饲料效率显著提高，产丝量也明显提高。通过检测家蚕肠道消化酶活性，发现添加菌株ZZ61能使淀粉酶、胰蛋白酶和脂肪酶活性显著提高，菌株的全基因组分析发现该菌株具有编码多个消化酶的基因，且具有多种B族维生素的合成基因簇，表明菌株在宿主消化和提供维生素等营养方面发挥着关键作用，这可能是其促进饲料效率和宿主生长的重要原因之一。通过16S微生物多样性分析，发现添加菌株ZZ61显著影响家蚕肠道群落结构与微生物组成，其正向调节了肠道微生物群，显著富集了与宿主碳水化合物降解、饲料效率和生长性能密切相关的几个关键菌属，如Pediococcus、Lachnoclostridium、Erysipelatoclostridium、 Christensenellaceae R-7 group、Candidatus_Saccharimonas和Incertae_Sedis等。由于肠道代谢组可以提供肠道微生物组的功能性数据，研究人员进一步使用非靶向代谢组学来比较菌株ZZ61处理后的微生物代谢特征，结果发现，菌株ZZ61对家蚕肠道代谢组有显著影响，其显著富集甘氨酸和甘油磷脂等代谢产物。研究结果揭示了菌株ZZ61通过改变肠道菌群来改变某些氨基酸和甘油磷脂等小分子代谢物的水平，进而促进昆虫的营养代谢、生长和健康，这在鳞翅目昆虫中报道极少。

此外，发现添加菌株ZZ61后，家蚕血淋巴中的抗菌肽水平及家蚕抗氧化能力显著提高，家蚕感染病原菌后的存活率显著增加，表明该菌株具有提高家蚕免疫力进而增强抗病性能的潜力。对菌株基因组上的次级代谢产物的生物合成分析，发现了两个编码抗菌化合物的基因簇，表明菌株分泌的抗菌化合物可以在昆虫肠道内形成另一种化学屏障来抑制病原微生物，从而增强宿主对病原微生物的抵抗力。

这些发现不仅加深了对益生菌如何影响宿主生理的认识，也为今后利用家蚕模型研究宿主-微生物互作提供了新的选择，同时也为益生菌在养蚕业中的应用提供了理论支持。