益生菌对食源性致病菌的作用研究

作者: 徐芳婷 黎绍基

摘 要:食源性致病菌是导致食品安全问题的原因之一,对公众的健康和生命安全构成了严重威胁。而益生菌是有益于人体健康的活微生物,且对食源性致病菌的有一定的抑制作用。本文通过论述常见的益生菌种类及其特性,并深入探讨了益生菌对常见食源性致病菌的作用及相关机制,以期为保障食品安全,推动益生菌的开发和应用提供理论依据。

关键词:益生菌;消化道;食源性致病菌;作用机制

Effects of Probiotics on Foodforne Pathogens

XU Fangting, LI Shaoji*

(Guangzhou College of Technology and Business, Foshan 528135, China)

Abstract: Foodborne pathogens are one of the causes of food safety issues, posing a serious threat to public health and safety. Probiotics are beneficial living microorganisms for human health and have a certain inhibitory effect on foodborne pathogens. This article discusses the common types and characteristics of probiotics, and explores in depth the effects and related mechanisms of probiotics on common foodborne pathogens, in order to provide theoretical basis for ensuring food safety and promoting the development and application of probiotics.

Keywords: probiotics; digestive tract; foodborne pathogens; mechanism of action

食源性致病菌是指可以通过食物传播,并导致人体患病的微生物。近年来,由食源性致病菌引起的食品安全事件频发,给公众健康和社会稳定带来了巨大威胁。随着食品安全问题日益受到重视,食源性致病菌的控制也成为亟待解决的挑战。益生菌作为一类对人体健康有益的活微生物,不仅能够改善肠道微生物群的平衡,还能增强宿主的免疫功能,降低感染风险[1]。相关研究表明,部分益生菌能够抑制食源性致病菌的生长和对肠上皮细胞的黏附,从而降低食源性致病菌的致病性[2]。但对其具体机制的理解仍不够深入。因此,本文通过阐述常见的益生菌种类及特性,并分析其对食源性致病菌的作用,旨在为食品安全提供新的生物防控策略,推动食品工业的可持续发展。

1 常见的益生菌种类及特性

1.1 乳杆菌

乳杆菌属于乳杆菌科(Lactobacillaceae)和乳杆菌属(Lactobacillus),是能将葡萄糖等糖类发酵产生乳酸的一类细菌。乳酸杆菌在自然界中广泛存在,通常不会引起疾病,对人基本无害。其中,保加利亚乳酸杆菌(L. bulgaricus)、干酪乳酸杆菌(L. casei)、嗜酸乳杆菌(L. acidophilus)、罗伊乳杆菌(L. reuteri)和鼠李糖乳杆菌(L. rhamnosus)等特定的乳杆菌均可以作为益生菌使用,对人体健康具有多种益处。它们的生物学特征如下。①能合成动物机体需要的多种维生素,如维生素B1、B2、B6和B12等。②能抑制致病菌的生长,帮助维持机体对抗原的细胞免疫和体液免疫应答。③对碳水化合物有较强新陈代谢能力、产酸能力,能够合成葡聚糖和杂多糖,并使糖类发酵产生乳酸或其他酸类物质。④能调节免疫功能,促进细胞分裂、抗体生成,活化巨噬细胞,从而增强机体对食源性致病菌的抵抗能力[3]。

1.2 芽孢杆菌

芽孢杆菌属于芽孢杆菌科(Bacillaceae)和芽孢杆菌属(Bacillus),以能形成芽孢的能力而著称。芽孢杆菌主要特点如下。①能在多种环境中生存,包括土壤、水体、空气以及动物肠道,且不受有氧和无氧条件限制。②具有耐高温特性,并能在条件适宜时快速恢复活性。③能合成维生素B和维生素C,有助于提高动物的活动性能,并为它们提供必需的营养。④能产生抗菌物质,具有广泛的抑菌谱,对细菌、部分真菌和病毒、寄生虫、肿瘤细胞等均有抑制效果。⑤能中和内毒素和结合脂多糖,在预防感染和调节肠道菌群方面具有较高的价值[4]。目前应用较多的有枯草芽孢杆菌(B. subtilis)、地衣芽孢杆菌(B. licheniformis)等。

1.3 双歧杆菌

双歧杆菌属于双歧杆菌科(Bifidobacteriaceae)和双歧杆菌属(Bifidobacterium),存在于动物的消化道、阴道和口腔中。双歧杆菌主要生理功能如下。①双歧杆菌缺少醛酶、葡萄糖,其主要产物为乳酸、乙酸等,具有调节机体pH值,促进铁和维生素D等吸收的作用。②可产生抗生素、细菌素等代谢产物,能有效抑制致病菌的生长。③能通过刺激肠道黏膜,活化肠道黏膜的免疫系统,从而增强机体免疫功能。④通过改变肠道菌群的代谢活动,增强机体的免疫反应,从而发挥出抗癌效应。⑤帮助肠道细胞抵抗氧化应激,以此减缓肠道组织的老化过程[5]。尤其是在慢性腹泻的治疗中,双歧杆菌因其能够调节肠道菌群平衡而发挥着重要作用[6]。目前常用的双歧杆菌有益菌种有短双歧杆菌(B. breve)、青春双歧杆菌(B. adolescentis)、长双歧杆菌长亚种(B. longum subsp. longum)和长双歧杆菌婴儿亚种(B. longum subsp. infantis)等。

1.4 链球菌

链球菌属于链球菌科(Streptococcaceae)和链球菌属(Streptococcus),它们是一类革兰氏阳性菌,在自然界、人及动物粪便和健康人的胃肠道中均有分布。目前广为人知的有益菌种有乳酸链球菌(S. lactis)和嗜热链球菌(S. thermophilus),其中嗜热链球菌是被公认的食品安全菌种,广泛应用于生产发酵乳制品。其主要生理功能如下[7]。①增加肠道的黏液分泌,减少由产肠毒素大肠杆菌(Enterotoxigenic Escherichia coli,ETEC)感染引起的黏液屏障损伤。②清除ETEC产生的有毒物质,并生成有利于肠上皮细胞生长的物质,从而减少ETEC对肠上皮细胞的损伤。③能够增加肠道益生菌的相对丰度,从而有效缓解ETEC对肠道益生菌的生长抑制。④有助于维护肠道屏障的完整性,预防肠漏,提高乳糖消化率,并通过调节免疫反应和增加胃黏液保护层的厚度,对胃炎发挥着潜在的治疗作用。

1.5 拟杆菌

拟杆菌属于拟杆菌科(Bacteroidaceae)和拟杆菌属(Bacteroides),它们是人体肠道菌群中占比最多的革兰氏阴性菌,在肠道菌群中起主导作用[8]。目前常用的拟杆菌有益菌株有普通拟杆菌(B. vulgatus)、卵形拟杆菌(B. ovatus)、单形拟杆菌(B. uniformis)和脆弱拟杆菌(B. fragilis)等。其中脆弱拟杆菌不仅可以通过促进短链脂肪酸的生成来改善由结肠炎引起的肠道菌群失衡,还可以通过增加调节性T细胞的数量来强化肠黏膜屏障功能,从而提升肠道免疫力,修复肠道损伤[9-10]。此外,研究人员从人的粪便中筛选出一株普通拟杆菌,通过使用葡聚糖硫酸钠(Dextran Sulphate Sodium,DSS)诱导的小鼠溃疡性结肠炎模型,证实了该拟杆菌对治疗炎症性肠病有显著性效果[11]。

1.6 酵母菌

酵母菌属于酵母科(Saccharomycetaceae)和酵母菌属(Saccharomyces),它们作为一种真菌,在自然界中分布广泛,尤其偏好在糖分较高且偏酸性的环境中生长,如水果、蔬菜、花蜜等的表面。在酵母菌属中,被广泛使用的益生菌有布拉氏酵母(S. boulardii),其主要生理功能如下。①抗毒素作用。布拉氏酵母菌可以分泌多种蛋白酶,这些酶能够直接或间接地降解致病菌产生的毒素,BUTS等[12]研究发现,布拉氏酵母菌可以通过分泌磷酸酶来破坏致病大肠杆菌的内毒素,从而起到抗毒素的效果。②维持肠道内微生物平衡。布拉氏酵母菌通过抑制肠道内有害细菌的增殖,同时维护肠细胞和肠道之间的紧密连接,从而实现对肠道的保护和修复肠漏的作用[13]。③布拉氏酵母菌通过调控肠道宿主细胞的SIRT1/NF-κB通路,抑制促炎因子的分泌,从而减轻肠道炎症[14]。

2 益生菌对食源性致病菌的作用

2.1 益生菌对大肠埃希氏菌的作用

大肠埃希氏菌(Escherichia coli),通常称为大肠杆菌,属于肠杆菌科(Enterobacteriaceae)和埃希氏菌属,是人体肠道中的正常菌群之一。而O157∶H7是其中一个具有致病性的血清型[15]。当机体免疫功能下降,这种血清型的大肠杆菌会突破肠道屏障,进入其他身体组织,引发一系列严重疾病,如出血性结肠炎、溶血性尿毒综合症和血栓性血小板减少性紫癜等。大肠埃希氏菌O157∶H7的毒素,由一个A亚单位和5~6个B亚单位组成,B亚单位和肠壁细胞糖脂受体结合,形成生物膜。而A亚单位会进入细胞内,干扰蛋白质合成。杜金城[16]的研究显示,嗜酸乳杆菌(L. acidophilus)对大肠埃希氏菌O157∶H7具有一定的拮抗作用,它不仅能降低食源性致病菌对细胞的黏附能力,还可以降低促炎细胞因子IL-8的产生,有助于减轻炎症反应。在实验室研究中,嗜酸乳杆菌显示出对由大肠埃希氏菌O157∶H7诱发的相关疾病的预防和治疗潜力,表明它可能作为商业益生菌进行开发和利用。在王剑[17]的研究中,发现解淀粉芽孢杆菌(B. amyloliquefaciens)H24菌株可以有效抑制大肠埃希氏菌O157∶H7的生物膜形成,这种抑制作用有助于在不增加宿主死亡率的前提下,恢复小肠的正常结构和黏膜层,表明其在治疗由O157∶H7引起的肠道感染中具有潜在的应用价值。

2.2 益生菌对沙门氏菌的作用

沙门氏菌(Salmonella)属于肠杆菌科(Enterobacteriaceae)和沙门氏菌属,是一种常见的食源性致病菌,其在蔬菜、蛋类、肉制品等食品中有较高的检出率。根据2018年世界卫生组织(World Health Organization,WHO)公布的数据,沙门氏菌感染每年会导致5.5亿例肠胃炎,造成3 300万人死亡[18]。其中鼠伤寒沙门氏菌(S. Typhimurium)是临床上较常见的血清型[19-20],它可引起恶心、腹泻、呕吐和败血症等。鼠伤寒沙门氏菌通过逃避宿主的自然免疫系统在宿主体内繁殖,导致感染率的增加。当沙门氏菌侵入肠腔后,其利用鞭毛黏附于肠上皮细胞表层,并通过各种途径穿透肠屏障到达基底层[21]。WURYANDARI等[22]的研究显示,植物乳杆菌FNCC 0137可以利用抑制TLR3/TLR4通路的方式来降低细胞因子IL-17水平,以拮抗鼠伤寒沙门氏菌,实现对宿主的保护。此外,嗜酸乳杆菌W37通过促进肠上皮细胞间紧密连接蛋白的表达,缓解沙门氏菌对肠黏膜的损伤[23]。

2.3 益生菌对空肠弯曲菌的作用

空肠弯曲菌(Campylobacter jejuni)属于螺菌科(Campylobacteraceae)和弯曲菌属,是一种在多数温血动物体内广泛存在的细菌,如牛、羊、猪及禽类等动物的肠道中。这种细菌的内毒素能够侵袭小肠和大肠黏膜,会引起急性肠炎、腹泻、食物中毒等临床症状。空肠弯曲菌的致病机制较为复杂,包括黏附、入侵、分泌毒素和分子模拟机制4个方面,其中分子模拟机制可能引起最严重的并发症,如格林-巴利综合征。感染空肠弯曲菌后的初期症状为头痛、发热、肌肉酸痛,随后可能发展为恶心、呕吐、腹痛和腹泻,严重者甚至出现血便、脓液便、高热[24]。丁武等[25]的研究中显示,多个双歧杆菌和乳杆菌菌株的无细胞提取物不但能够抑制空肠弯曲杆菌的生长,而且能通过抑制致病基因flaA的σ28启动子的活性,抑制flaA的表达,从而降低由空肠弯曲杆菌引起的食源性疾病概率。

经典小说推荐

杂志订阅

友情链接