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外源寡核苷酸对大肠杆菌和双歧杆菌生长的影响*

2017-10-17高晓梦王晓倩李玉芝梁兴国

关键词:酵母粉外源双歧

高晓梦, 苏 健, 王晓倩, 李玉芝, 孔 青, 董 平**, 梁兴国

(1. 中国海洋大学食品科学与工程学院,山东 青岛 266003; 2. 山东省莱阳市第九中学,山东 烟台 265200)

外源寡核苷酸对大肠杆菌和双歧杆菌生长的影响*

高晓梦1, 2, 苏 健1, 王晓倩1, 李玉芝1, 孔 青1, 董 平1**, 梁兴国1

(1. 中国海洋大学食品科学与工程学院,山东 青岛 266003; 2. 山东省莱阳市第九中学,山东 烟台 265200)

为研究外源寡核苷酸对2种典型肠道菌—双歧杆菌(Bifidobacteriumadolescentis)和大肠杆菌(Escherichiacoli)的影响,向核酸营养缺乏型的培养基中分别添加39和61 nt的2种寡核苷酸,利用平板菌落计数和16S rDNA定量法比较了外源核酸对双歧杆菌和大肠杆菌单独生长及2种细菌混合生长的影响。研究显示,虽然添加2种外源寡核苷酸对单独培养的2种细菌的生长都有不同程度的促进效果,但对于混合培养的2种细菌,大肠杆菌的生长会因双歧杆菌的生长而受到一定的抑制,当大肠杆菌和双歧杆菌比例增加到1∶10时,大肠杆菌生长的抑制率可达到27.7%。结果表明,肠道微生物可以通过降解本研究中的2种寡核苷酸,达到主动利用外源的核酸类物质、促进自身生长的目的,体外实验结果预示,一些特殊序列的寡核苷酸可能对改善肠道菌群的平衡具有潜在的积极作用。

寡核苷酸;肠道微生物;双歧杆菌;大肠杆菌

人体肠道菌群是一个复杂的微生态系统,各种菌互相制约,互相依存,共同进化,与宿主形成稳定的互利共生系统[1]。这种相依相存的关系对人体有许多重要的生理功能,如促进消化,增强免疫等。当肠道菌群发生紊乱时,可能引起身体机能的紊乱或疾病的发生,如肥胖和肠炎性疾病等[2]。其中,双歧杆菌(Bifidobacteriumadolescentis)和大肠杆菌(Escherichiacoli)是肠道菌群中2种具有代表性的细菌。双歧杆菌是肠道菌群中的有益菌,对人体的健康有着极其重要的作用。双歧杆菌的生物屏障功能能阻止一些种类的致病菌的入侵和定植[3];乳糖不耐症的人群可以适量补充双歧杆菌以减轻乳糖不耐[4];此外,双歧杆菌还具有延缓衰老、降低胆固醇和抗肿瘤等作用[5]。大肠杆菌是人体内的中性菌,正常情况下不会对人体健康产生危害,只有在机体免疫力降低等情况下才会引发一些感染或炎症,同时,有些种类的大肠杆菌能够引起腹泻、肾衰竭等症状[6]。

近年来,摄入核酸的安全性和功能性问题引起人们越来越多的关注。研究表明,婴儿日粮中添加核酸与未添加比较,婴儿粪便中的双歧杆菌和乳酸杆菌含量升高,而肠道有害菌的比例下降,因此能够降低婴儿腹泻等肠道疾病的发生[7]。婴幼儿由于肠道内微生物发育不完全,补充核酸显得尤为重要,对成年人来讲,核酸的摄入同样对维持肠道的菌群平衡、促进胃肠粘膜生长等有积极的作用[8]。同时,核酸还被报道具有抗氧化[9]、提高免疫力、促进细胞增生分化,抗放射线损害等生理活性[10]。

本文研究了2种特定序列的单链寡核苷酸对双歧杆菌和大肠杆菌这2种具有代表性的肠道细菌生长的影响,并模拟寡核苷酸进入到细菌中的情况,初步探究了外源寡核苷酸在2种细菌液中的生物稳定性,为研究外源核酸对肠道细菌生长的影响提供基础。关于摄入核酸对肠道微生物的影响,目前研究大多集中于单核苷酸。近年来对小鼠[11-12]、仔猪[13-14]和鱼类[15]等动物实验的研究表明,饲料中添加单核苷酸可以促进肠道菌群平衡、提高机体免疫力。而我们日常获取的核酸大多来自于饮食,食品中核酸在体内的消化被认为从小肠开始,到达小肠时核酸从蛋白、糖等其他食品成分中剥离出来,以裸露的寡核苷酸状态存在其中,肠道微生物直接面对的主要核酸成分将是寡核苷酸。甚至有研究表明肠道微生物体内能够发现这些通过饮食摄入的外源寡核苷酸[16]。而关于寡核苷酸对肠道微生物的影响鲜有报道,因此,深入研究寡核苷酸对肠道微生物的影响有利于人们理解饮食核酸及其吸收利用对健康的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

大肠杆菌(E.coliTop 10),天根生物科技有限公司,经5次传代培养后使用;青春双歧杆菌(B.adolescentis),中国微生物菌种保藏中心;配制培养基所用的试剂皆为国产分析纯;细菌基因组提取试剂盒、pGM-T连接试剂盒和质粒小提试剂盒,天根生物有限公司;SYBR® Select Master Mix,美国Invitrogen公司;DreamTaq Green PCR Master Mix,美国Thermo Scientific公司。

双功能气浴恒温振荡器,金坛市科析仪器有限公司;生化培养箱,上海新苗医疗器械制造有限公司;超声细胞破碎仪,宁波新芝生物科技股份有限公司;厌氧培养箱,日本三菱公司;紫外分光光度计,日本岛津公司;实时荧光定量PCR,杭州博日有限公司。

本研究中使用的寡核苷酸购买自苏州金唯智生物科技有限公司,片段序列列于表1中。

表1 本研究所用寡核苷酸的名称及序列

1.2 实验方法

1.2.1 2种细菌培养基的配制 PTYG培养基[17]用于双歧杆菌活化培养,LB培养基用于大肠杆菌活化培养。由于培养基中的核酸成分主要由酵母粉提供,所以本研究培养2种细菌所用的核酸缺乏型培养基均不含酵母粉。以下称酵母粉缺乏型PTYG培养基(或PTYG-)和酵母粉缺乏型LB培养基(或LB-)。

1.2.2 大肠杆菌和双歧杆菌生长曲线的测定 采用比浊法建立大肠杆菌top10菌株(以下简称大肠杆菌)和青春双歧杆菌(以下简称双歧杆菌)的生长曲线。具体操作如下:将活化好的2种菌液按1%的接种量分别接种于正常LB和酵母粉缺乏型LB培养基中及正常型PTYG和酵母粉缺乏型PTYG培养基中。其中大肠杆菌在37℃,150 r/min的恒温振荡器中震荡培养,双歧杆菌在37℃的恒温培养箱中静置培养。大肠杆菌培养基每隔2 h取样,600 nm波长下比色,记录其光密度值,双歧杆菌每隔3 h取样600 nm波长下比色,记录光密度值。以时间为横坐标,菌液的OD值为纵坐标建立生长曲线。

1.2.3 大肠杆菌和双歧杆菌单独培养的方法 采用平板菌落计数法探究不同浓度的单核苷酸混合物及寡核苷酸对大肠杆菌和双歧杆菌单独生长的影响。具体操作方法如下:将活化好的菌株按0.1%的接种量接种在酵母粉缺乏的培养基中,并向培养基中添加寡核苷酸,分别培养至平稳期后平板菌落计数,建立柱状图。

1.2.4 大肠杆菌和双歧杆菌混合培养的方法 将2种细菌活化后接种到添加寡核苷酸的培养基(PTYG-)中,于厌氧试管中培养。培养至稳定期后利用细菌16S rDNA荧光定量PCR的方法对2种细菌进行计数[18]。

1.2.5 根据细菌16S rDNA定量的方法 细菌16S rDNA引物的设计:本研究中双歧杆菌的引物是根据双歧杆菌的16S rDNA基因序列,应用引物设计软件设计其特异性引物。定量大肠杆菌所用16S rDNA的引物参考文献[19],2种细菌引物信息见表2。

表2 q-PCR使用的引物

标准品的制备:将2种细菌扩大培养,使用细菌基因组DNA提取试剂盒提取2种细菌的基因组DNA。利用细菌16S rDNA的引物分别扩增2种细菌的基因组DNA获得目的基因。采用醇沉法纯化目的基因。将目的基因与质粒载体连接后导入到大肠杆菌中扩大培养后利用质粒小提试剂盒提取质粒。得到的质粒为荧光定量PCR的标准品,根据标准品的浓度计算其中细菌的浓度,并根据荧光定量PCR的荧光值和细菌浓度制作标准曲线。

混合培养细菌的定量:利用细菌DNA提取试剂盒提取培养至稳定期的混合培养细菌的DNA,以此为模版,分别利用2种细菌的引物,通过荧光定量PCR和标准曲线定量每种细菌的数量。

1.2.6 寡核苷酸在细菌培养基中稳定性的检测 取培养24 h的菌液10 000 r/min离心5 min取上清。取18 μL培养基加2 μL(10 μmol/L)的片段,37℃恒温静置,分别在20 min、2 、6和20 h时加等体积苯酚氯仿异戊醇,10 000 r/min,5 min后取上清。用15%的聚丙烯酰胺凝胶电泳进行检测,电压为350 V。根据电泳图中寡核苷酸的残余判断其稳定性。

1.2.7 寡核苷酸在2种细菌细胞液中稳定性的检测 将细菌破碎后,一部分作为对照,另一部分加入寡核苷酸,每隔一定的时间终止反应,利用聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE),检测片段的完整性,以此评价寡核苷酸在细菌中的稳定性。细菌的破碎方法为:取细菌培养液10 000 r/min离心5 min弃上清,用PBS重悬,离心。反复清洗3次后PBS重悬,用超声细胞破碎仪300 W,5 s、10 s和20 min破碎菌体[20]。分别取18 μL的细菌破碎液加2 μL(10 μmol/L)的片段和20 μL的细菌破碎液,37℃恒温静置,分别在20 min,2 、6和12 h时加等体积苯酚氯仿异戊醇,10 000 r/min,5 min后取上清。用15%的聚丙烯酰胺凝胶电泳进行检测,电压为350 V。

2 结果与分析

2.1 寡核苷酸对大肠杆菌和双歧杆菌生长的影响

2.1.1 细菌培养时间的确定 为探究外源寡核苷酸对2种细菌生长的影响,本研究在正常的培养基成分中去掉酵母提取物成分,使其成为核酸营养缺乏型的培养基。通过绘制细菌在正常培养基和酵母粉缺乏型培养基中的生长曲线,对2种细菌的生长状况有整体的把握。

图1 A显示了双歧杆菌在酵母粉缺乏型PTYG培养基和正常PTYG培养基中的生长曲线。在正常PTYG培养基中培养约5 h后,双歧杆菌的生长进入对数期,此时培养基中的营养物质足以维持其生长繁殖,生长速率最大;18 h后,细菌的数量达到最大值并维持稳定,此时细菌生长处于平稳期。双歧杆菌在酵母粉缺乏型培养基中的生长趋势与其在正常PTYG中的趋势相比,15 h后就进入平稳期,其在酵母粉缺乏型PTYG中的细菌数量要明显少于其在正常PTYG中的数量,在酵母粉缺乏型PTYG中平稳期OD值为0.8左右,而在正常PTYG中平稳期OD值达1.7左右。

图1 B显示了大肠杆菌在正常LB和酵母粉缺乏型LB培养基中的生长曲线。大肠杆菌在正常培养基中的生长速度和数量高于其在酵母粉缺乏型的培养基中的情况。在酵母粉缺乏的LB培养基中,0~10 h处于对数生长期,12~20 h处于平稳期。

(PTYG、PTYG-、LB和LB-分别为正常型双歧杆菌培养基、酵母粉缺乏型双歧杆菌培养基、正常型大肠杆菌培养基和酵母粉缺乏型大肠杆菌培养基。PTYG:NormalB.adolescentismedium;PTYG-:Yeast lackingB.adolescentismedium;LB:NormalE.colimedium;LB-:Yeast lackingE.colimedium.)

图1 2种细菌在培养基中的生长曲线

Fig.1 Growth curves ofthe two kinds of bacterium inthe medium

正常培养基的配方中含有酵母粉,它是培养基核苷酸的主要来源[21]。在含有酵母粉的培养基中,2种细菌的生长速率都明显高于其在不含酵母提取物的培养基中的生长速率,平稳期时含有酵母提取物的培养基中的细菌的量也高于不含酵母提取物培养基中培养的细菌数量。因此,酵母粉中的核酸成分对细菌的生长有重要作用。为了定量探讨核酸成分对细菌生长的影响,我们在以下的研究中,采用了不含有酵母粉的培养基。后续的研究中,将选用处于对数生长期的细菌进行接种,并在平稳期研究外源寡核酸对细菌生长的影响。因为在对数期细菌的活力较大,且平稳期时细菌的数量稳定便于计数。

2.1.2 寡核苷酸对2种细菌单独生长的影响 为探究寡核苷酸对2种细菌生长的影响,本研究选用2种长度和序列均不同的寡核苷酸——39和61 nt[22],初步探究其对2种细菌生长的影响。

图2显示的是向双歧杆菌和大肠杆菌的酵母粉缺乏型培养基中添加39和61 nt的寡核苷酸的细菌生长结果,添加的寡核苷酸的终浓度是10 μmol/L,其质量浓度分别约为0.1和0.2 mg/mL,培养至20 h左右时进行计数。

图2 寡核苷酸对双歧杆菌和大肠杆菌生长的影响Fig.2 The influence of oligonucleotides onthe growth of B. adolescentisand E. coli

从图2中可以看出,添加寡核苷酸能促进双歧杆菌的生长,其中39和61 nt的片段对双歧杆菌生长的促进率分别是19.0%和29.4%。向大肠杆菌的酵母粉缺乏型培养基中添加终浓度为10 μmol/L的2种寡核苷酸,其对大肠杆菌的生长也有促进作用。其中39和61 nt片段对大肠杆菌生长的促进率分别是16.9%和25.9%。

从上述结果可以看出,2种细菌在核酸营养成分缺乏时,都可以利用外源的寡核苷酸促进自身的生长发育。

2.1.3 寡核苷酸对2种细菌混合生长的影响 寡核苷酸对单独培养的双歧杆菌和大肠杆菌的生长都有促进作用,但是人体的肠道中是多种细菌共同生长形成的复杂系统,因此将以混合培养的大肠杆菌和双歧杆菌研究外源寡核苷酸对它们生长的影响。

有研究发现,婴儿刚出生4~7 d时,体内大肠杆菌和双歧杆菌的比例约为1∶100,随着年龄的增长,体内的双歧杆菌数量越来越少[23]。本研究选用大肠杆菌和双歧杆菌的比例为1∶10,模拟探究当机体有外源大肠杆菌侵入时,外源寡核苷酸对2种细菌混合生长的影响。

向2种细菌混合培养的培养基中加入终浓度为10 μmol/L的39 nt的寡核苷酸(质量浓度约为0.1 mg/mL),结果如表3所示,添加寡核苷酸的实验组中双歧杆菌的数量明显多于不加寡核苷酸组(P<0.01)。对于大肠杆菌(见图3),培养基中加入外源的寡核苷酸后,混合培养中的双歧杆菌能明显地抑制大肠杆菌的生长,当大肠杆菌和双歧杆菌的比例为1∶5时,抑制率为19.0%; 当体系中双歧杆菌的比例增加到1∶10时,双歧杆菌对大肠杆菌生长的抑制率为27.7%,双歧杆菌的数量越多对大肠杆菌生长的抑制作用越大。尽管本研究发现添加寡核苷酸后混合培养中大肠杆菌的数量较未添加寡核苷酸组多(P<0.01),但是双歧杆菌的生长被促进后能够明显地抑制大肠杆菌的生长。

表3 39 nt的寡核苷酸对混合培养的2种细菌生长的影响Table 3 The effect of 39 nt oligonucleotides on the growth of the two kinds of bacterium in mixed culture

注:混合培养的大肠杆菌与双歧杆菌的初始比例为1∶10。**表示P<0.01与不加核酸组比较。

Note:The original proportion ofE.coliandB.adolescentiswas 1∶10 in mixed culture.**representP<0.01 compared with the group of without oligonucleotides.

①Bacteria;②Without oligonucleotides group;③With oligonucleotides group;④B.adolescentis;⑤E.coli

图3 双歧杆菌对大肠杆菌生长的影响Fig.3 The effect of B. adolescentis on the growth of E. coli

上述研究结果证明,寡核苷酸可能被菌吸收并加以利用,对细菌生长产生影响,其被吸收和利用的形式将在以下实验中做进一步研究。

2.2 模拟寡核苷酸进入细菌后的稳定性

2.2.1 寡核苷酸在2种细菌培养基中的稳定性 为研究培养基对寡核苷酸稳定的影响,将本文所用的61和39 nt的寡核苷酸和培养基混合,使用的培养基为已培养细菌24 h后,离心去掉菌体的上清液。

如图4 A和4 B所示,2种寡核苷酸在单纯培养基中20 h后均没有降解。这表明,寡核苷酸在培养液中以完整状态存在,即细菌在吸收这2种寡核苷酸之前,这2种片断是完整的,应以完整的形式进入菌体。

图4 2种寡核苷酸在双歧杆菌培养基和大肠杆菌培养基中的稳定性

2.2.2 寡核苷酸在2种菌细胞液中的稳定性 为研究寡核苷酸进入菌体后是以何种形式发挥促进细菌生长的作用,我们研究了片段在2种细菌破碎液中的稳定性,以模拟分析寡核苷酸进入细菌后的存在形式。

由图5 A和B可以看出,2种细菌破碎液都只在胶孔附近有大量DNA片段,在39和61 nt的寡核苷酸处均没有出现电泳条带,说明2种寡核苷酸在加入到细菌破碎液前,双歧杆菌和大肠杆菌破碎液中没有与之大小相同的核酸片段。

图5 2种细菌破碎液中核酸存在形式

图6显示的是39和61 nt的寡核苷酸在双歧杆菌细胞液中的稳定性。从图中可以看出,39 nt的寡核苷酸在双歧杆菌的细胞液中2 h后就被完全降解,61 nt长的片段在6 h后被完全降解。大肠杆菌破碎细胞液中的降解情况如图7所示,39 nt长的片段在大肠杆菌破碎液中降解很快,到20 min时已经降解了大部分,到2 h时已经降解完全,而61 nt长的片段在大肠杆菌破碎液中降解地较慢,12 h后被完全降解。

图6 2种寡核苷酸在双歧杆菌破碎液中的稳定性

图7 2种寡核苷酸在大肠杆菌破碎液中的稳定性

3 讨论

核酸对微生物的生长繁殖起着非常重要的作用,在体内核酸供给不足的情况下,补充外源核酸有助于促进肠道有益菌的生长,维持肠道菌群平衡[24]。本研究选用核酸缺乏型培养基,对于单独培养的大肠杆菌和双歧杆菌,添加外源寡核苷酸对2种细菌单独生长均有相似的促进作用。不同序列的寡核苷酸对2种细菌生长的促进作用有一定差别,这可能与寡核苷酸的序列和长度有关。Sauer等人研究发现,培养基中添加单核苷酸的种类和浓度的不同对几种大肠杆菌生长的影响有较大差异[25]。也有研究表明,哺乳动物细胞对双链寡核苷酸的摄取存在序列依赖性[26],而关于肠道微生物对外源核酸的摄取是否也具有一定的序列选择性还需要进一步的研究验证。

当2种细菌混合培养时,添加寡核苷酸对双歧杆菌生长的促进作用要明显高于其对混合培养中的大肠杆菌生长的影响。虽然在混合培养中添加寡核苷酸后大肠杆菌的增长数量多于未添加寡核苷酸组,但是双歧杆菌的生长被促进后能够明显地抑制大肠杆菌的生长。由此可见,寡核苷酸能促进双歧杆菌的生长,且双歧杆菌的生长将抑制大肠杆菌的生长。双歧杆菌对大肠杆菌生长的抑制,可能是由于双歧杆菌生长代谢产生乙酸等短链脂肪酸,降低了环境pH,从而抑制大肠杆菌的生长[27]。Lau等人也得出了相似的结论,双歧杆菌能通过合成有机酸等抗菌物质抑制有害菌的生长[28]。也有研究指出,肠道中其他种类的细菌如乳酸杆菌等也可能会对大肠杆菌的生长产生抑制作用[29]。探究寡核苷酸在肠道中对大肠杆菌数量的影响,仅仅研究其与双歧杆菌混合培养是远远不够的,需要对肠道菌群有全面的研究后才能下定论。

细菌中有多种核酸酶,寡核苷酸在细胞液中的降解,是核酸酶作用的结果。不同核酸片段的降解速度不同,可能与他们的序列结构及细菌中酶的种类不同有关。外源核酸进入细胞的吸收机制和代谢命运一直是人们关注的焦点[30-31]。寡核苷酸对细菌生长促进作用与其降解快慢没有表现出明显的相关性,仅与加入培养基中核酸的浓度有关。即降解得快的寡核苷酸并不能更多的促进细菌的生长。因此,虽然寡核苷酸进入细菌后,它可以被菌体中的核酸酶在短时间内降解成单核苷酸被细菌利用,但能被细菌利用的形式可能不完全是单核苷酸等降解产物,未被降解的寡核苷酸也可能迅速被菌体所利用。需要指出的是,本实验只是模拟寡核苷酸进入细菌后的稳定性,进入每个细菌后的寡核苷酸所面临的降解核酸的酶的浓度不能完全确定,需要进一步研究。

另外,本研究向双歧杆菌的培养基中添加单核苷酸,结果表明,单核苷酸可以明显地促进双歧杆菌的生长(结果未列出),并且其作用效果与寡核苷酸相似。这与Tanaka和Mutai等人在离体实验中向培养基中添加外源单核苷酸有利于双歧杆菌的生长的结论是一致的[32]。近年来对一些动物实验的研究也表明,饲料中添加单核苷酸对促进肠道细菌的生长和维持肠道菌群平衡具有积极作用[11-15]。单核苷酸和寡核苷酸对细菌生长都有类似的促进作用,并且寡核苷酸进入细菌后可以被细菌中的核酸酶降解,因此寡核苷酸对细菌的促生长作用可能是由其进入细菌后降解产生的单核苷酸。因此,食品中的核酸成分在进入人体消化道降解成为寡核苷酸后,能够被细菌作为生长材料所利用,参与细菌核酸类物质的合成。

4 结语

本研究表明,核酸作为一种营养物质,当培养基中的核酸缺乏时,肠道中的细菌能够主动地摄取外源寡核苷酸供生长所需。寡核苷酸能促进2种肠道细菌的生长,同时,还能在混合培养的双歧杆菌和大肠杆菌中促进有益菌双歧杆菌的生长,平衡菌群比例,调节肠道菌群的稳态。其作用机制与寡核苷酸进入菌体后降解成的单核苷酸或更短的寡核苷酸有关。本研究结果将对饮食摄入核酸和特殊人群补充核酸起到一定的指导作用。

[1] Ley R E, Hamady M, Lozupone C, et al. Evolution of mammals and their gut microbes[J]. Science, 2008, 320(5883): 1647-1651.

[2] Takaishi H, Matsuki T, Nakazawa A, et al. Imbalance in intestinal microflora constitution could be involved in the pathogenesis of inflammatory bowel disease[J]. International Journal of Medical Microbiology, 2008, 298(5-6): 463-472.

[3] 刘国荣, 潘伟好, 畅晓渊, 等. 双歧杆菌的粘附特性及其对肠道致病菌的体外拮抗作用[J]. 微生物学通报, 2009, 36(5): 716-721. Liu G R, Pan W H, Chang X Y, et al. In vitro Adherence Properties of Bifidobacterium Strains and Their Antagonistic Activity Against Enteropathogens[J]. Microbiology, 2009,36(5): 716-721.

[4] He T, Venema K, Priebe M G, et al. The role of colonic metabolism in lactose intolerance[J]. European Journal of Clinical Investigation, 2008, 38(8): 541-547.

[5] 吕锡斌, 何腊平, 张汝娇, 等. 双歧杆菌生理功能研究进展[J]. 食品工业科技, 2013, 34(16): 353-358. LV Xi-Bin, HE La-Ping, Zhang R J, et al. Research progress in physiological functions of Bifidobacterium[J]. Science & Technology of Food Industry, 2013, 34(16): 353-358.

[6] 刘栓奎, 李明, 党荣理, 等. 致病性大肠杆菌和出血性大肠杆菌研究进展[J]. 现代预防医学, 2011, 38(24): 5123-5124. Liu S K, LI Ming, Dang R L. Progress of enteropathogenic e. coli and enterohemophagic e. coli[J]. Modern Preventive Medicine, 2011,38(24): 5123-5124.

[7] Singhal A, Macfarlane G, Macfarlane S, et al. Dietary nucleotides and fecal microbiota in formula-fed infants: a randomized controlled trial[J]. American Journal of Clinical Nutrition, 2008, 87(6): 1785-1792.

[8] 王朝勇. 核苷酸对动物肠道粘膜免疫的作用及其在畜牧中的应用[J]. 广东饲料, 2011, 20(4): 24-27. WANG Chaoyong. Effects of Nucleotides on Intestinal Mucosal Immunity and Its Application in Animal Husbandry[J]. Guangdong Feed, 2011, 20(4): 24-27.

[9] 施用晖, 李石营, 钱佳, 等. 外源核苷酸对小鼠消化道抗氧化作用的影响[J]. 食品科学, 2006, 27(12): 706-709. Shi Y H, LI Shi-Ying, Qian J, et al. Effect of Dietary Nucleotides on the Intestinal Antioxidation of Mice[J]. Food Science, 2006, 27(12): 706-709.

[10] Wang L F, Gong X, Le G W, et al. Dietary nucleotides protect thymocyte DNA from damage induced by cyclophosphamide in mice[J]. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition, 2008, 92(2): 211-218.

[11] Heimesaat M M, Dunay I R, Alutis M, et al. Nucleotide-Oligomerization-Domain-2 Affects Commensal Gut Microbiota Composition and Intracerebral Immunopathology in Acute, Toxoplasma gondii, Induced Murine Ileitis[J]. Plos One, 2014, 9(8): 2330-2338.

[12] 蔡夏夏, 鲍雷, 王楠, 等. 膳食5’-核苷酸对酒精性肝损伤大鼠肠道菌群的影响[J]. 食品科学, 2015, 36(15): 212-216. Cai X, Bao L, Wang N, et al. Effects of Dietary 5’-Nucleotides on Gut Microbiota in Rats with Ethanol-Induced Liver Injury[J]. Food Science, 2015, 36(15): 212-216.

[13] Mateo C D, Peters D N. Effects of dietary nucleotides on intestinal morphology and microbial activity in newly weaned pigs[J]. Journal of Animalence, 2005, 83(1): 69.

[14] de Andrade C, de Almeida V V, Sbardella M, et al. Desempenho e saúde intestinal de leitõesrecém-desmamadossuplementados com nucleotídeos[J]. Semina: CiênciasAgrárias, 2016, 37(4): 2181-2192.

[15] Xu L, Ran C, He S, et al. Effects of dietary yeast nucleotides on growth, non-specific immunity, intestine growth and intestinal microbiota of juvenile hybrid tilapia Oreochromisniloticus♀ × Oreochromis aureus[J]. Animal Nutrition, 2015, 1(3): 244-251.

[16] Netherwood T, Martín-Orúe S M, O’Donnell A G, et al. Assessing the survival of transgenic plant DNA in the human gastrointestinal tract[J]. Nature Biotechnology, 2004, 22(2): 204-209.

[17] 吴拥军, 王嘉福. 耐氧双歧杆菌生长代谢过程的研究[J]. 食品科学, 2001, 22(10): 40-43. Wu Y J,Wang J F. Study on Cell Growth and Metabolism of Oxygen-Resistant Bifidobacterium[J]. Food Science, 2001, 22(10): 40-43.

[18] Rinttilä T, Kassinen A, Malinen E, et al. Development of an extensive set of 16S rDNA targeted primers for quantification of pathogenic and indigenous bacteria in faecal samples by real‐time PCR[J]. Journal of Applied Microbiology, 2004, 97(6): 1166-1177.

[19] Huijsdens X W, Linskens R K, Mak M, et al. Quantification of bacteria adherent to gastrointestinal mucosa by real-time PCR[J]. Journal of Clinical Microbiology, 2002, 40(12): 4423-4427.

[20] 冯金, 洪愉, 黄芬, 等. 基于ProfinityeXact系统的可溶性egfp表达和纯化[J]. 生命科学研究, 2014, 18(4): 310-314. Feng J, Hong Y, Huang F, et al. Prokaryotic Expression and Purification of Soluble egfp Based on the ProfinityeXact System[J]. Life Science Research, 2014, 18(4): 310-314.

[21] 张虹, 张宏. 酵母提取物的研究[J]. 中国调味品, 2000(2): 20-23. Zhang H, Zhang H. A study on the yeast extract[J]. Chinese Condiment, 2000(2): 20-23.

[22] Zhang Y, Li C, Yu L, et al. Mechanism of extraordinary DNA digestion by pepsin[J]. Biochemical & Biophysical Research Communications, 2016, 472(1): 101-107.

[23] 张琳, 邱学澄, 李素娥. 新生儿肠道菌群的动态观察及临床意义[J]. 中国微生态学杂志, 1993, 5(3): 25. Zhang L,Qin X C, LI S E. The development and significance of intestinal flora in neonates[J]. Chinese Journal of Microecology, 1993, 5(3): 25.

[24] Sauer N, Mosenthin R, Bauer E. The role of dietary nucleotides in single-stomached animals[J]. Nutrition Research Reviews, 2011, 24(1): 46-59.

[25] Sauer N, Bauer E, Vahjen W, et al. Nucleotides modify growth of selected intestinal bacteria in vitro[J]. Livestock Science, 2010, 133(1): 161-163.

[26] Lehmann M J, Sczakiel G. Spontanouns uptake of biological active recombinant DNA by mammalian cells via a selected DNA segment[J]. Gene Therapy, 2005, 12(5): 446-451.

[27] Makras L, De Vuyst L. The in vitro inhibition of Gram-negative pathogenic bacteria by bifidobacteria is caused by the production of organic acids[J]. International Dairy Journal, 2006, 16(9): 1049-1057.

[28] Lau A S, Liong M T. Lactic Acid Bacteria and Bifidobacteria-Inhibited Staphylococcus epidermidis[J]. Wounds A Compendium of Clinical Research & Practice, 2014, 26(5): 121-131.

[29] Stöber H, Maier E, Schmidt H. Protective effects of Lactobacilli, Bifidobacteria and Staphylococci on the infection of cultured HT29 cells with different enterohemorrhagicE. coli serotypes are strain-specific[J]. International Journal of Food Microbiology, 2010, 144(1): 133-140.

[30] Strain A J. The uptake and fate of exogenous cellular DNA in mammalian cells[J]. Developments in Biologicals, 2006, 123, 23(8): 55-73.

[31] Zhang L, Hou D, Chen X, et al. Exogenous plant MIR168a specifically targets mammalian LDLRAP1: evidence of cross-kingdom regulation by microRNA[J]. Cell Research, 2012, 22(1): 107-126.

[32] Tanaka R, Mutai M. Improved medium for selective isolation and enumeration of Bifidobacterium[J]. Applied and Environmental Microbiology, 1980, 40(5): 866-869.

Abstract: The safety and function of dietary nucleic acids on human body have received significant attentions in recent years. Adding exogenous nucleotides was widely recommended in infant formula milk powder and infant food for their beneficial functions. In the past, the researches mainly focused on the effect of mononucleotides on intestinal microorganisms. The nucleic acids are taken in mostly through food, and oligonucleotides are the important form of intake nucleic acids. However, there was less study on the influence of oligonucleotides on the intestinal microorganisms. In this study, we employed two kinds of oligonucleotides to investigate their effects on the growth of two typical intestinal bacteriaEscherichiacoliandBifidobacteriumadolescentis. Firstly,E.coliandB.adolescentiswere cultured separately in the medium lacking nucleic acids, and then two kinds of oligonucleotides (39 nt and 61 nt in length) were added into the medium. The primary results showed that the two oligonucleotides promoted the growth ofE.coliandB.adolescentis, respectively. Considering the complex intestinal bacterial community,E.coliandB.adolescentiswere then culture together, and real time quantitative PCR was used to quantifying the 16S rRNA gene (rDNA) of the two bacteria. Compared with the control, the added oligonucleotides promoted theB.adolescentisgrowth. However, it inhibited the growth ofE.coliobviously. To study the form of the oligonucleotides appropriate for bacteria, the collected bacteria were broken with ultrasonic wave with the released cytoplasm mixed with the oligonucleotides in order to simulate the existence of oligonucleotides in bacteria. The results of electrophoresis showed that the oligonucleotides remained undestroyed in the medium; however, they were degradable in bacterial cytoplasm. The results also showed that the degradation rate of 39 nt oligonucleotide was faster than that of the 61 nt oligonucleotide in both bacteria. The results indicated that the intestinal microorganisms preferred to degrade oligonucleotides instead of the integrated ones. In conclusion, intestinal microorganisms were able to utilize the exogenous nucleic acids for their growth. Meanwhile, exogenous nucleic acids play a positive role in maintaining the balance of gut microbes.

Key words: oligonucleotides; intestinal microorganism;Bifidobacteriumadolescentis;Escherichiacoli

责任编辑 朱宝象

The Influence of Exogenous Oligonucleotides on the Growth ofEscherichiacoliandBifidobacteriumadolescentis

GAO Xiao-Meng1, 2, SU Jian1, WANG Xiao-Qian1, LI Yu-Zhi1, KONG Qing1, DONG Ping1, LIANG Xing-Guo1

(1. College of Food Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266003, China; 2. No. 9 Middle School of Laiyang, Yantai 265200, China)

TS201.4

A

1672-5174(2017)11-031-09

10.16441/j.cnki.hdxb. 20160208

高晓梦, 苏健, 王晓倩, 等. 外源寡核苷酸对大肠杆菌和双歧杆菌生长的影响[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2017, 47(11): 31-39.

GAO Xiao-Meng, SU Jian, WANG Xiao-Qian, et al. The influence of exogenous oligonucleotides on the growth ofEscherichiacoliandBifidobacteriumadolescentis[J]. Periodical of Ocean University of China, 2017, 47(11): 31-39.

国家自然科学基金项目(31201327,31301420);国家自然科学基金委员会-山东省人民政府联合资助海洋科学研究中心项目(U1406402)资助 Supported by National Natural Science Foundation of China(31201327,31301420);National Natural Science Foundation of China(NSFC)-Shandong Joint Fund for Marine Science Research Centers(U1406402)

2016-06-03;

2016-10-14

高晓梦(1989-),女,硕士生。E-mail: xiaomeng09sd@126.com

** 通讯作者:E-mail: dongping@ouc.edu.cn

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