生物膜是微生物在地球上最古老、最成功、也是最廣泛的一種生命形式。它由微生物自分泌的胞外聚合物(EPS)緊密包裹高度組織化的菌體組成,通常黏附于生命或非生命材料的表界面。據(jù)統(tǒng)計(jì),地球上約40-80%的微生物以生物膜表型存在。在人體中,尤其是在胃腸道中,多種微生物生物膜通過(guò)黏液層和食物顆粒的附著在消化道上皮和腔內(nèi)自然形成。最新的研究表明,腸道菌群的生物膜在腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)、定殖抵抗、菌群穩(wěn)定和恢復(fù)、宿主免疫成熟以及食物消化和化學(xué)藥物改性等方面發(fā)揮著重要的作用。然而,目前對(duì)生物膜的研究主要集中在疾病相關(guān)領(lǐng)域,如牙齦疾病、外科植入物感染、腸道疾病等。很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái),微生物生物膜的有益功效在極大程度上被忽略。近年來(lái),研究人員開始注意到生物膜表型的益生菌較之游離形態(tài)的益生菌在胃腸液、抗生素、以及熱等苛刻條件下具有突出的耐受性;同時(shí),還發(fā)現(xiàn)益生菌生物膜及其代謝產(chǎn)物較之游離益生菌具有更強(qiáng)的益生功效。因此,生物膜表型的益生菌也被認(rèn)為是目前最有前景的第四代益生菌。基于此,如何高效地制備生物膜表型的益生菌也成為亟需解決的問(wèn)題。胡夢(mèng)欣課題組前期相關(guān)的研究(J. Agric. Food Chem. 2019, 67, 3198?3208)發(fā)現(xiàn)Lactobacillus plantarum可在靜電紡醋酸纖維素納米纖維膜上形成致密的生物膜,作為發(fā)酵劑制備酸奶,可縮短發(fā)酵周期,同時(shí)酸奶中的益生菌在貨架期內(nèi)保持良好的存活性,解決了傳統(tǒng)菌劑及其發(fā)酵產(chǎn)品中益生菌易失活、不穩(wěn)定的難題,克服了益生菌在消化道內(nèi)存活率低的困難。然而,纖維材料促進(jìn)益生菌快速形成生物膜的關(guān)鍵機(jī)制和深層次原因仍不明晰。因此,闡明纖維材料加速益生菌生物膜形成的機(jī)制,對(duì)高效富集益生菌及其他高附加值微生物的生物膜具有重要的指導(dǎo)意義。
圖1 益生菌生物膜在纖維材料上的形成規(guī)律
圖2 具有不同纖維尺寸的醋酸纖維素纖維材料對(duì)益生菌生物膜形成的影響規(guī)律
圖3 益生菌和纖維材料的尺寸匹配度分析
圖4 靜電紡醋酸纖維素納米纖維材料促進(jìn)益生菌生物膜形成及高效富集
原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c04540
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