《Journal of Future Foods》：Diversity shifts in human gut microbiota induced by
Listeria monocytogenes: an
in vitro co-culture study
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本研究针对单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）感染对人类肠道菌群的具体影响机制尚不明确的问题，通过优化体外共培养模型结合高通量测序技术，系统分析了该病原体对肠道菌群多样性及组成的时空扰动效应。研究发现，L. monocytogenes的引入显著提升了菌群丰富度（Shannon指数↑，Simpson指数↓）并促进特定菌属（如Bacteroidetes、Blautia等）的增殖，揭示了病原体-菌群互作的新视角，为食源性感染的微生态防治策略提供了关键理论依据。
在人类与微生物共演的漫长历史中，肠道菌群作为一道不可或缺的生物屏障，始终默默守护着我们的健康。然而，当食源性病原体——如单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）——入侵人体时，这道屏障将如何响应？其内部生态是否会发生剧烈动荡？尽管既往研究多依赖于动物模型，但由于物种差异，其结果难以直接推及人体。更关键的是，受伦理限制，直接在人体中探索病原体与菌群的相互作用几乎不可行。因此，构建高度模拟人体环境的体外模型，成为揭示“菌群-病原体”互作机制的关键突破口。
在这一背景下，上海理工大学健康科学与工程学院的研究团队在《Journal of Future Foods》上发表了一项研究，他们利用优化的体外共培养系统，深入揭示了L. monocytogenes对人类肠道菌群多样性及其组成的扰动规律。
为了开展这项研究，研究人员首先进行了一系列严谨的方法学优化。他们比较了三种营养丰富的培养基（GAM、YCFA和ZJ）的培养效果，最终选定Gifu厌氧培养基（GAM）作为最佳培养基质，因其能支持更高的细菌总菌落数。同时，他们确定了L. monocytogenes的最佳初始接种浓度为5 log10CFU/mL，以及36小时为适宜的共培养时长。研究的核心技术方法包括：从10名健康志愿者（年龄23-30岁，30天内无抗生素使用史）处采集粪便样本，通过离心法获取粪便菌群；建立体外共培养体系（包含单独培养菌群组GC、菌群与L. monocytogenes共培养组GLC以及未培养的基线对照组G）；利用Illumina Hiseq 2000平台对细菌16S rDNA的V3-V4可变区进行高通量测序；并运用多种生物信息学软件（如FLASH、Uparse、RDP Classifier、Mothur、R语言）进行数据分析，包括α-多样性（Shannon指数、Simpson指数等）、β-多样性（PCoA分析）、群落组成分析以及统计学检验（如Kruskal-Wallis H检验、Wilcoxon秩和检验、PERMANOVA）。
3.3.1. Effect of L. monocytogeneson α-diversity of gut microbiota
通过α-多样性分析发现，与单独培养的菌群（GC组）相比，共培养L. monocytogenes（GLC组）显著增加了菌群的丰富度（Sobs指数升高，P< 0.05）和多样性（Shannon指数升高、Simpson指数降低，P< 0.05）。这表明L. monocytogenes的引入非但没有导致菌群多样性下降，反而增强了其生态系统的复杂性和稳定性。
3.3.2. Effect of L. monocytogeneson composition of gut microbiota
在门水平上，共培养显著增加了拟杆菌门（Bacteroidetes）的相对丰度（P< 0.05）。在属水平上，Blautia、Ruminococcus_torques_group、Listeria（即添加的病原体）和Romboutsia的丰度在共培养后显著上升（P< 0.05）。这些变化提示L. monocytogenes可能通过改变微环境（如氧气消耗）或营养竞争，促进了某些厌氧共生菌的生长。
3.3.4. Analysis of PCoA results
主坐标分析（PCoA）显示，GLC组的样本点与GC组和G组明显分离，表明L. monocytogenes的引入引起了肠道菌群群落结构的显著改变。PERMANOVA分析进一步证实了实验处理（G/GC/GLC）对微生物群落结构有显著影响（R2 = 0.2270, P= 0.001），组间差异远大于组内变异。
3.4. The impact of different culturing durations on the co-culture system
对不同共培养时间点（12、24、36小时）的分析表明，L. monocytogenes诱导的菌群α-多样性变化和特定菌属（如Bacteroidetes、Blautia等）的增殖效应在12小时即已显现，并在24至36小时内保持稳定，未观察到时间点间的显著差异。这说明病原体对菌群的影响在感染早期即发生，并具有一定的持续性。
本研究通过优化的体外共培养模型，清晰地揭示了L. monocytogenes感染可显著改变人类肠道菌群的多样性和组成，具体表现为菌群丰富度和多样性的增加，以及拟杆菌门和Blautia等特定菌属的富集。这些发现挑战了“病原体入侵必然导致菌群失调”的传统观点，提示L. monocytogenes可能通过某种机制（如消耗氧气创造更厌氧的环境）促进了部分厌氧共生菌的生长，从而意外地增强了菌群生态的复杂性。尽管体外模型无法完全模拟体内的复杂生理环境，但本研究为理解食源性病原体与肠道菌群的相互作用提供了宝贵的基础数据。研究结果强调，在评估病原体感染的影响时，需要综合考虑其对整个微生物生态系统的扰动，而不仅仅是病原体自身的增殖。未来研究可进一步分离这些响应的特定菌株，深入探讨其在抑制或促进L. monocytogenes感染中的具体角色和分子机制，为通过调控肠道微生态来预防和治疗食源性疾病开辟新的途径。
