婴儿肠道产气细菌的鉴定与益生菌干预研究

Current proposal is to investigate the etiology of baby abdominal distention caused by the potential unbalanced gut microbiota. Taking the advantage of the facility combined with the In vitro fermentation model and the innovated-designed gas analyzer, the series of experiments will be conducted to compare the gas composition, metabolic profiles and bacterial community structures of the samples collected from the infants with abdominal distension and normal infants. Main ingredients in milk, such as lactose, FOS, GOS, Inulin, HMO, casein and whey protein will be included in the in vitro batch fermentation, and gas producing bacteria will be identified by bioinformatics analysis. The main gas producing bacteria causing abdominal distension and the hydrogenase gene will be isolated and characterized. The influence on the gut permeability and gas production will be confirmed in germ-free mice inoculated with gas producing bacteria fed with the oligosaccharides and protein in the milk. Meanwhile, in vitro batch fermentation inoculated with gas producing bacteria and probiotics will be set up to investigate the effects of different probiotics on gas production aiming to understand the causes for infants abdominal distention and find out a practical method for selecting suitable probiotics for the clinical treatment.

针对婴儿腹胀的临床特点，利用自主设计的肠道微生物体外发酵模型和气体检测分析设备，比较研究健康婴儿和腹胀婴儿肠道菌群对母奶和配方奶中主要膳食营养组分发酵后的代谢特点，特别是气体的组分和产量以及菌群结构的变化，分析引起婴儿腹胀的产气菌群（菌株）。利用微生物分离纯化技术，鉴定出腹胀婴儿肠道中的主要产气细菌和产气基因并通过小鼠模型确认。同时通过体外发酵体系评估不同种类的益生菌在干预腹胀婴儿肠道菌群产气的作用，为临床精准调控肠道微生态特别是腹胀婴儿的奶粉选择与益生菌干预提供理论和实践指导。

人体肠道定植着千亿级的细菌。现在认为，新生儿肠道内细菌含量非常低。新生儿肠道菌群的建立影响着儿童时期和成年时期的身体健康。因此，本项目首先比较了母乳喂养和配方奶对早产儿肠道菌群代谢产物的影响。34位早产儿分为两组：A组，出生后头三天采用母乳喂养的早产儿；B组，前3天使用早产儿配方奶粉喂养的早产儿。无论A组和B组从第4天到出院期间全部由母乳喂养。每7天收集一次婴儿粪便，然后检测粪便中pH, 氨、粪总胆汁酸、sIgA和SCFA含量。结果发现A组粪便pH值（p=0.023），氨（p=0.001），胆汁酸（p=0.025）和sIgA含量和B组相比都较低。发酵后A组肠道菌群对母乳和配方奶中的碳水化合物降解率高于B组，丁酸产量在2FL组显著升高。因此，出生后最初3天的喂养方式，特别是母乳低聚糖，会直接影响新生儿肠道菌群的结构和功能，和新生儿免疫系统的活性。本研究强调了初生阶段人乳低聚糖的重要性，为后面研究气体等代谢产物的作用奠定了基础。. 本项目的第二部分研究了人乳低聚糖2FL和配方奶中益生元对婴儿肠道气体、氨和SCFA产生的机理，以及对宿主免疫的影响。在这项研究中，我们采用体外模拟肠道评估了不同喂养方式下人乳低聚糖和FOS、GOS、乳糖对婴幼儿肠道菌群和气体产生的影响。我们发现肠道菌群产气量在含有2′-FL的培养基中显著低于含有其他碳源的培养基。粪便中双歧杆菌的数量和气体的产生呈负相关性，而肺炎克雷伯菌和产气荚膜梭菌的数量和产气量呈正相关性。而且粪便中的产气量和氨含量正相关。对分离出来的婴儿肠道中关键的产气细菌，最后通过婴儿肠道类器官模型证明2′-FL可通过两种机制减少婴儿和幼儿肠道中的气体产生：首先，它不能被有害的肠道细菌用来产生气体；第二，它可以抑制肠道通过调节肠上皮通路致基因/信号通路的表达，有害细菌对粘膜的定植，从而减少产生气体的有害细菌的增殖。随后，我们发现了添加益生菌菌株可以显著降低气体的产生。. 本项目发表了三篇文章，申请了一项国家发明专利，一项PCT国际专利。