《Probiotics and Antimicrobial Proteins》：Functional and Genomic Characterization of a Human-Derived Lactiplantibacillus plantarum Strain LP1 with Activity Against Carbapenem-Resistant Enterobacterales
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耐碳青霉烯肠杆菌目（CRE）构成了紧迫的全球健康威胁，基于微生物群的策略正日益被寻求作为传统抗生素的替代方案。为了鉴定具有强效抗CRE活性的益生菌候选菌株，研究人员分离了人类来源的植物乳植杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）LP1
耐碳青霉烯肠杆菌目（CRE）构成了紧迫的全球健康威胁，基于微生物群的策略正日益被寻求作为传统抗生素的替代方案。为了鉴定具有强效抗CRE活性的益生菌候选菌株，研究人员分离了人类来源的植物乳植杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）LP1，并进行了整合的表型和基因组分析。L. plantarum LP1表现出卓越的胃肠道耐受性（相对存活/增殖率为113.22%）和对Caco-2细胞的高度粘附（99.01%），优于参考菌株L. plantarum ATCC 14917，而其无细胞上清液完全抑制了CRE的生长，并去除了高达82.31?±?2.24%的已形成生物膜。混合全基因组测序产生了一个完整的3.31 Mb环状染色体，组装成单个重叠群，包含3,109个编码序列和超过500个参考菌株L. plantarum ATCC 14917中不存在的基因，包括2,977个直系同源簇（COG）分类的基因（其中216个与碳水化合物运输和代谢相关）和53个碳水化合物活性酶，与京都基因与基因组百科全书（KEGG）中碳水化合物代谢途径的富集一致。BAGEL4分析鉴定了一个IIb类植物乳杆菌素（plantaricin）基因簇，支持了细菌素介导的CRE抑制机制。总之，这些发现表明L. plantarum LP1具有菌株特异性的代谢和抗菌功能扩展，支撑其强大的抗CRE活性，并突出了其作为下一代益生菌的潜力。
耐碳青霉烯肠杆菌目（CRE）是多重耐药革兰阴性菌，对碳青霉烯类抗生素耐药，由WHO列为关键优先病原体。肠道是CRE定植和传播的主要储存库，传统抗生素疗效有限，基于微生物群的益生菌策略成为替代方向。植物乳植杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）具有公认安全（GRAS）状态和代谢灵活性，但针对CRE的菌株研究不足，缺乏基因组机制解析。本研究旨在从健康人类粪便中分离L. plantarum并评估其抗CRE活性，论文发表在《Probiotics and Antimicrobial Proteins》。
研究人员从健康成人粪便（经韩国疾病控制与预防机构IRB批准）中分离细菌，使用MRS、BL、GAM和TSA培养基厌氧培养，经MALDI-TOF鉴定。通过模拟胃肠液耐受性、溶血、明胶酶和细胞毒性筛选安全性。利用生长曲线、结晶紫染色和Caco-2粘附实验评估抗菌、抗生物膜、粘附及抗粘附活性。对候选菌株LP1进行混合全基因组测序（Illumina NovaSeq6000和PacBio Sequel II），组装完整环状染色体，用Prokka注释、Busco评估完整性。构建系统发育树（140株参考菌株），采用Panaroo比较基因组，用GO、COG、KEGG、dbCAN2进行功能注释，用ABRicate、PHASTEST、antiSMASH和BAGEL4分析安全性和次级代谢基因簇。
**细菌多样性**：从粪便分离73株细菌，L. plantarum占41.10%（30株），是主要菌种。
**相对存活/增殖率**：30株L. plantarum中，22株在模拟胃肠液中存活率高于参考菌株ATCC 14917（112.56%），LP1为113.22%。
**安全性评估**：所有菌株无溶血、明胶酶活性，细胞毒性实验显示细胞活力>80%，LP1无细胞毒性。
**抗菌活性**：LP1无细胞上清液完全抑制大肠杆菌（Escherichia coli）NCCP 16284和肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）NCCP 15864、NCCP 15866生长，对K. pneumoniae NCCP 15782有延迟作用，总体抗菌活性最强。
**抗生物膜活性**：LP1显著抑制CRE生物膜形成，去除率高达82.31±2.24%，优于其他菌株。
**粘附和抗粘附活性**：LP1对Caco-2细胞粘附率达99.01%。竞争实验减少K. pneumoniae NCCP 15864粘附至79.58%；置换实验减少NCCP 15866粘附至84.45%；抑制实验有效。
**全基因组测序分析**：LP1基因组3,306,246 bp，GC含量44.51%，3109个CDS，70个tRNA，16个rRNA。系统发育显示LP1属于L. plantarum分支，与ATCC 14917的ANI为99.18%，但存在547个壳基因差异。GO分类中催化活性和结合为主；COG分类中碳水化合物运输和代谢216个基因；KEGG富集碳水化合物代谢通路；CAZy鉴定53个酶（29个糖基转移酶，20个糖苷水解酶）。
**生化特性**：VITEK 2鉴定LP1能利用75%的碳水化合物底物（如D-半乳糖、D-葡萄糖等）并表达多种水解酶。
**基因组安全性**：未检测到耐药基因、毒力因子和质粒；预测4个前噬菌体区域，未携带耐药或毒力基因。
**细菌素基因簇**：BAGEL4鉴定IIb类植物乳杆菌素基因簇，包括结构基因PlnK、PlnJ、PlnN、PlnA、PlnF、PlnE，以及ABC转运蛋白LanT、免疫蛋白（PlnM、PlnI等）和双组分调控系统（PlnC、PlnD、PlnS）。
**益生菌标记基因**：共2736个非冗余基因，分布全基因组，涉及应激耐受（酸、胆盐、热休克、渗透压）、代谢（氨基酸、碳水化合物、脂质、维生素）、发酵与短链脂肪酸（SCFA）产生、氧化防御、粘附和免疫调节等六大类，代谢相关基因最丰富。
讨论部分总结：LP1在胃肠道耐受、粘附、抗菌方面优于参考菌株和已有报道，其基因组中超过500个独特基因（包括216个碳水化合物代谢相关COG基因）解释了功能扩展。IIb类植物乳杆菌素基因簇支持抗菌机制。未表征的598个“功能未知”COG基因可能贡献独特表型。局限性在于仅体外实验且菌株数量有限，体内验证和功能验证是必要后续步骤。
结论：本研究将LP1定位为人类来源的益生菌候选，具有独特基因组架构和强抗CRE活性。除确认广泛碳水化合物代谢和IIb类植物乳杆菌素基因外，基因组与表型整合揭示菌株特异性代谢富集支持对多重耐药病原体的竞争性排斥。这些发现为LP1作为靶向CRE的微生物群策略候选菌株提供基因组和功能基础，并突出其转化潜力，但需体内和临床研究进一步验证。
