[发明专利]一种基于体外发酵模型评价肠道菌群色氨酸代谢的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种基于体外发酵模型评价肠道菌群色氨酸代谢的方法及其应用，属于微生物技术领域。本发明利用体外发酵模型发现大枣多糖、牛樟芝多糖、黄精多糖改变了肠道菌群α多样性；灵芝多糖、蛹虫草多糖、褐藻多糖、金针菇多糖和茯苓多糖改变了菌群β多样性；灵芝多糖、蛹虫草多糖、褐藻多糖、金针菇多糖和茯苓多糖增加肠道有益菌的相对丰度，促进肠道健康；褐藻多糖和茯苓多糖显著促进色氨酸代谢物I3C、ILA产生。因此，本发明提供的体外发酵模型可以高效灵敏的判断不同膳食多糖对肠道菌群、肠道微生态以及肠道菌群色氨酸代谢能力的影响，可以在体外广泛用于筛选对于肠道菌群有益的膳食多糖。

技术领域

本发明涉及一种基于体外发酵模型评价肠道菌群色氨酸代谢的方法及其应用，属于微生物技术领域。

背景技术

多糖是由十个以上的单糖分子通过缩合、失水而成的高分子聚合物，是构成生命体的基础物质之一。大多数多糖不能被人类基因组中编码的酶降解，但肠道微生物能够通过分泌碳水化合物活性酶(CAZyme)将多糖分解，包括多糖裂解酶(PLs)、糖苷水解酶(GHs)和碳水化合物酯酶(CEs)，并且肠道微生物基因组约为人类宿主基因的150倍，可诱导数千种互补的CAZymes，可以靶向消化代谢数十种多糖，帮助人体更好地吸收利用多糖，促进机体健康，多糖又能增加肠道中有益菌的比例，以此调节肠道微生物组成改善宿主的健康。此外多糖中不可被直接消化的成分和发酵产物，例如短链脂肪酸或者色氨酸代谢物可进一步调节肠道菌群的组成，改善肠道功能，参与调控抗病原微生物、抗炎、抗肿瘤等基因的表达，达到治疗疾病和维持机体健康的目的。

色氨酸是人体不能合成的必需氨基酸，人体肠道中的色氨酸代谢主要分为三个途径：其一，在肠道上皮细胞和免疫细胞中，约90％的色氨酸通过吲哚胺2，3-双加氧酶1(IDO1)代谢为犬尿氨酸，即犬尿氨酸通路(KP通路)；其二，在肠腔内，肠道菌群直接代谢约4％-6％的色氨酸，产生多种小分子物质，包括芳香烃受体(AhR)的配体；第三，肠嗜铬细胞中约3％色氨酸通过色氨酸羟化酶1(Tph1)代谢为5-羟色胺，即5-羟色胺(5-HT)通路，产生了全身90％以上的5-HT。肠道菌群色氨酸代谢物影响着屏障、蠕动、消化吸收、分泌、免疫等多种肠道功能，外源性补充色氨酸可提高肠道中有益菌的丰度，并通过提升其代谢物含量以维持肠黏膜稳态。色氨酸在肠道免疫耐受及肠道菌群维持之间的平衡中起到重要作用，肠道菌群通过调节色氨酸代谢影响宿主免疫系统，内源性菌群色氨酸代谢产物影响肠道菌群组成。

肠道内菌群色氨酸代谢物包括多种小分子，如吲哚及其衍生物，例如犬尿氨酸、吲哚丙酸、吲哚乙酸、吲哚乳酸和吲哚甲醛，它们是AhR配体，而AhR信号被认为是屏障免疫反应的关键组成部分，因此对肠道内稳态至关重，它有助于肠上皮细胞的更新和肠黏膜屏障的完整性，并且其作用于许多种类的免疫细胞，包括上皮内淋巴细胞、Th17细胞、先天性淋巴细胞、巨噬细胞、树突细胞(DCs)和中性粒细胞。

研究认为，多糖可作为益生元来促进肠道中有益菌增殖、抑制致病菌的生长，维持肠道微生物多样性及微生态平衡，也可通过调节肠道菌群丰度及其菌群代谢物改善多种由于菌群紊乱引起的一系列疾病，而肠道菌群反过来也可以通过分泌多种多糖降解酶协助机体利用本身无法直接代谢吸收的多糖，促进机体健康。但多糖对某些肠道菌群具体调节机制目前还不明确，甚至某些多糖还会引起疾病，目前对于大批量探究多糖干预肠道菌群的研究方法也相对较少，对多糖干预肠道菌群色氨酸代谢也知之甚少。

发明内容

技术问题：

本发明要解决的技术问题是提供粪便体外发酵模型并应用该模型筛选出改善肠道菌群色氨酸代谢的膳食多糖。

技术方案：

本发明的第一个目的是提供一种体外发酵模型评价膳食多糖对肠道菌群色氨酸代谢影响的方法，所述方法为将新鲜粪便预处理后，将粪便匀浆液接种于含有膳食多糖的基础培养基中，厌氧发酵，离心，测定上清液中色氨酸代谢产物以及沉淀中肠道菌群的多样性。