基于下一代益生菌的人工合成菌群构建及其血糖改善作用的研究

当前的益生菌产业以双歧杆菌和乳杆菌为代表，已经比较成熟且产品趋于同质化，研发和利用下一代益生菌（Next Generation Probiotics，NGPs）将会创造微生态健康制剂的新增长点。目前下一代益生菌的开发尚处在早期阶段，已有研究表明，Akkermansia（阿克曼菌）是人体中在代谢健康方面（如体重及血糖控制）很有潜力的肠道菌，这也是目前最接近于能够实现产业化生产的新一代严格厌氧菌。近年来，在国外多家企业陆续布局阿克曼菌研究和转化工作的大背景下，我国亟待开展下一代益生菌的研究和产业转化。因此，从我国健康人群中分离具有功能活性、更适合国人健康特点的阿克曼菌，是本项目研究重点，也将有助于蒙牛布局建立自己的技术体系、积累数据和菌株，为后续产品的开发和上市打下基础。 肠道生态系统复杂多变，目前靶向菌群修复肠稳态的临床研究和应用进展缓慢，主要原因之一在于现有的调节肠道菌群的手段难以精确、可控、稳定、持续地为失调的肠道微生态提供缺失或缺乏的功能。人工合成菌群是将两种或两种以上遗传背景完全解析的微生物在确定的环境条件下共同培养构建而成的人工群落体系，因而具有自然微生物群落的一系列优点，使其比单一的益生菌株更能抵抗人体内外环境扰动的影响，具有更高的稳定性，更有可能实现在复杂多变的肠道环境内的稳定定植。构建合成生物学策略优化的益生菌株人工合成菌群，将极大推动重大疾病临床研究并催生新型微生态制剂。 随着我国社会经济的发展和民众生活水平的提高，以糖尿病为代表的慢性病逐年激增。我国成年人糖尿病的患病率已超过10%，患者总数超过1亿，患者生命后期多数会出现眼病、糖尿病足、肾病和冠心病等并发症，给患者、家庭和社会带来巨大的痛苦和沉重的经济负担。因此，开发新的预防和治疗方法并尽快在我国进行产业化推广，具有非常重要的意义。 本项目将从我国健康人群中分离阿克曼菌，并采用合成生物学设计理念，结合蒙牛自有菌株库中的已有益生菌株，建立人工合成菌群改善血糖、干预疾病的新模式。本项目将对我国成年健康人群（>10000例）进行大规模流行病学调查和生理生化指标分析，筛选不同年龄段、不同性别的健康个体，并采集不低于200例的新鲜粪便样品用于分离、培养和筛选下一代益生菌阿克曼菌。同时，结合蒙牛自有菌株库，筛选利用复杂碳水化合物能力强、产生短链脂肪酸多以及系统进化分类多样的益生菌株，进而根据合成生物学“设计—构建—测试—学习”的循环策略，建立人工合成菌群的构建流程，开发出至少1套具有改善血糖作用的稳定高效的人工合成菌群，并筛选出上述人工合成菌群最优的膳食纤维营养。在上述工作基础上，预计将申请相关专利至少1项，发表相关SCI科研论文至少1篇。 具体技术指标如下：

1. 根据人群调查和检测分析结果，挑选出阿克曼菌丰度较高的样品，并通过培养组学和高通量测序技术，建立1套高效分离、 培养和筛选阿克曼菌的方法。
2. 对蒙牛自有的益生菌菌株库进行筛选，通过基因组序列的注释分析、体外培养实验，初筛出能够利用复杂碳水化合物、产生 短链脂肪酸能力较高、分类地位多样性较高的菌株至少5株。
3. 通过菌株间的代谢互作分析，获得可能的菌株互作组合模式。结合单个和成对培养时菌群结构和生物量随时间的变化，构建预测菌群动态变化的数学模型，判断维持系统稳定性的菌株组合模式，确定1套的人工合成菌群的最终组合模式。