中国农业大学动科学院马曦教授团队在益生菌生物膜递送系统缓解断奶仔猪腹泻领域取得重要进展
2025/05/06
485近日，中国农业大学动物科学技术学院马曦教授团队在国际权威学术期刊《先进材料》（Advanced Materials）发表研究性论文（Research Article）《乳酸菌生物膜包被的甘露糖基化生物材料双靶向干预动物大肠杆菌感染》（Mannosylated MOF Encapsulated in Lactobacillus Biofilm for Dual-Targeting Intervention Against Mammalian Escherichia coli Infections）。该研究以断奶仔猪为模型，创建了基于益生菌生物膜与病原菌靶向技术的递送系统，提出一种安全有效、可恢复肠道稳态的双重靶向抗菌新策略，为解决健康养殖端抗生素禁用背景下断奶仔猪腹泻难题提供了新的思路，在畜牧业绿色健康养殖领域以及医学领域具有重要应用前景。
断奶仔猪腹泻是制约我国养猪业生产效率的关键因素。由于抗生素滥用引发的耐药性问题以及传统药物递送系统靶向性不足，开发新型抗菌策略迫在眉睫。氧化锌(ZnO)在畜牧业中被广泛用于控制断奶仔猪腹泻，但其功效的进一步提升受到以下三个矛盾的限制：氧化锌颗粒尺寸进一步降低与细胞毒性增加之间的矛盾；氧化锌颗粒表面积进一步增大与胃肠利用率降低之间的矛盾；无法实现肠道靶向性的困难。因此，开发新型ZnO减量替代技术对于缓解断奶仔猪腹泻至关重要。
在本研究中，我们设计并合成了具有肠道靶向递送及病原菌黏附能力的Zn-MOF@Man/LRB纳米材料，具有肠道微环境响应型递送与大肠杆菌黏附的双重靶向功能，通过物理聚集黏附细菌、破膜杀菌的化学杀伤作用、益生菌生物膜介导的菌群稳态与免疫调节的三重作用机制，在断奶仔猪、人类和小鼠腹泻模型中展现出一致的跨物种应用潜力，从而为缓解断奶仔猪腹泻提供了全新的方向。
益生菌生物膜递送-靶向协同抗菌系统的设计
研究者基于金属有机框架材料（MOFs）的抗菌优势，以氧化锌为基础合成新型锌基MOF材料（Zn-MOF），其比表面积达传统氧化锌纳米颗粒的20倍，展现出显著增强的浮游菌杀灭与生物膜穿透能力。通过甘露糖修饰赋予Zn-MOF特异性结合大肠杆菌I型菌毛FimH蛋白的能力，成功诱导病原菌聚集并实现靶向清除。
益生菌生物膜递送-靶向协同抗菌系统的作用机制
团队在全基因组测序指导下筛选出具有强生物膜形成能力的乳酸杆菌菌株，创新性地将益生菌生物膜（LRB）创制为包裹纳米颗粒的载体。该仿生设计使锌基MOF材料在胃酸环境中保持稳定，并精准释放至肠道，提升了材料的口服生物利用度同时持续调节肠道菌群平衡。体内外实验均证实了Zn-MOF@Man/LRB处理的良好生物安全性。所合成的纳米复合材料在仔猪、小鼠及人模型中均展现出一致优异的抗炎及抗腹泻效果，能够维持肠道菌群稳态，促进干细胞分化，并修复肠道屏障功能。实现抗菌治疗与微生态调控的协同增效，在畜牧业无抗绿色养殖中展示了良好的应用前景。
益生菌生物膜递送-靶向协同抗菌系统缓解断奶仔猪腹泻的效果
中国农业大学为该论文的第一完成单位，动科学院博士后马宁为论文第一作者，马曦教授为论文通讯作者，研究工作得到天津医科大学总医院赵经文团队、中国农业大学食品科学与营养工程学院李媛教授团队等的大力支持。以上工作得到国家自然科学基金重大项目（32394043），国家重点研发计划（2022YFD1300404），学校“2115人才培育发展计划”（1041-00109019）等项目的资助。
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