【学术前沿】Microbiome：通过加强肠道微生物群的相互作用，索氏鲸杆菌产生的维生素B12可提高宿主对病原体感染的抵抗力

近日西北农林科技大学动物科技学院水产动物病害防控团队通过将斑马鱼和贝莱斯芽胞杆菌 (Bacillus velezensis)分别作为益生菌和动物模型，探索益生菌调节斑马鱼肠道共生菌对宿主抵抗病原菌感染的作用，发现保护作用取决于肠道菌群；斑马鱼肠道中的索氏鲸杆菌可以帮助宿主提高对病原抗性，主要通过产生维生素B12加强其肠道微生物群的互作从而抵御致病菌侵染。

作者发现在饲料中添加韦氏芽孢杆菌28天后，可显著提高被嗜水气单胞菌感染的斑马鱼存活率；而利用抗生素给药处理斑马鱼使其肠道菌群被清除后，投喂韦氏芽孢杆菌的斑马鱼失去抵御嗜水气单胞菌的能力。

切片处理后发现投喂韦氏芽孢杆菌会显著降低鱼的肠道、肝脏和肾脏中的嗜水气单胞菌负荷，而在给药后肠道和肝脏中的气单胞菌负荷未见下降。由此表明，饲喂韦氏芽孢杆菌并没有保护斑马鱼免受感染，肠道微生物群才是保护鱼类免受嗜水芽孢杆菌感染的关键因素。

作者采用16S rRNA基因扩增子测序方法比较口服给药前后斑马鱼肠道菌群组成情况，发现鲸杆菌属(Cetobacterium spp.)在口服给药后丰度显著降低，且富含鲸杆菌属的斑马鱼与受感染状态呈负相关性。

随后作者从斑马鱼肠道中分离出一株索氏鲸杆菌并投喂，发现投喂组中鱼肠道、肝脏和肾脏中的嗜水气单胞菌负荷降低，存活率较未处理组显著提高，表明斑马鱼肠道中的索氏鲸杆菌对保护鱼类免受细菌感染做出了重大贡献。

经过COG注释结果显示，索氏鲸杆菌基因组内具有从头合成维生素B12的整套基因。

将索氏鲸杆菌投喂处理可以显著提高鱼肠道中的B12水平，且B12水平与索氏鲸杆菌丰度之间存在强正相关性，表明鱼肠中B12的浓度主要取决于索氏鲸杆菌，而B12水平高的斑马鱼在受嗜水单胞菌侵染后存活率也显著提高，可以证明肠道微生物产生的维生素B12在保护宿主免受嗜水单胞菌感染方面起着关键作用。

与对照组相比，B12补充后斑马鱼肠道微生物多样性高于未处理组，且主坐标分析结果显示两组斑马鱼肠道微生物构成存在显著差异，表明膳食中添加B12显著改变了肠道微生物群落结构。

喂食维生素B12的斑马鱼在感染嗜水单胞菌后肠道微生物群落组成更稳定，有益菌种丰度增多。经表型预测分析，投喂组的斑马鱼肠道氧化还原电位降低；KEGG结果表明投喂后，斑马鱼肠道微生物功能富集主要为细菌增殖和定殖途径，表明B12介导了微生物-微生物和微生物-宿主的相互作用。

因此，补充B12显著增强了肠道微生物群的多样性和群落结构，并对肠道氧化还原状态产生影响，改善了肠道微生物群之间的相互作用。

共现网络分析展现B12补充后，斑马鱼肠道微生物相互关联网络较未投喂组呈现更高更复杂的拓扑学特性；维生素B12的补充与细菌多样性、网络复杂性和潜在的关键分类群呈正相关性，但与感染水平无显著相关性。这些结果表明，补充B12增加了斑马鱼肠道微生物群生态网络的复杂性和稳定性。

肠道屏障的通透性是病原体在肠道内形成感染结果的基础，因此作者采用Western blot 方法评估了肠道主要紧密连接蛋白的表达情况。投喂B12后斑马鱼体内Claudin15、Occludin和Zo-1蛋白表达显著上调；而在被抗生素破坏肠道菌群的斑马鱼肠道中，紧密连接蛋白表达并未发生变化。

这表明维生素B12对斑马鱼肠道紧密连接蛋白的影响在抗生素破坏肠道微生物群后消失，因此，B12通过影响肠道菌群网络，从而维持受病原体感染的斑马鱼体内肠道紧密连接蛋白的正常表达。

作者的研究从益生菌对肠道菌群的作用角度出发，提供了益生菌增强宿主对病原体感染抵抗力的新机制，同时也证明了B12作为一种调节因子在增强微生物相互作用的方面具有新功能。这一发现可能加深对益生菌对宿主健康影响的理解，并有助于阐明维生素B12对抗病原体感染的健康益处。

参考文献：

[1]Qi et al. Vitamin B12 produced by Cetobacterium somerae improves host resistance against pathogen infection through strengthening the interactions within gut microbiota.(2023) 11:135 https://doi.org/10.1186/s40168-023-01574-2

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