研究背景

后生元的提出为消除致病菌生物膜提供了新思路，但对后生元抗生物膜机制需要进一步研究。病原体生物膜为致病菌的生长提供了天然的有利屏障，且与致病菌毒力密切相关。后生元是通过发酵液灭活获得的次级代谢产物和/或细胞成分，因其具有直接作用、稳定性高、剂量参数安全和耐运输储存等特性而备受关注。乳酸菌后生元通过影响致病菌表面粘附、自聚集和群体感应，从而影响种间和种内交流，对生物膜的各个阶段都有一定的抑制作用，在食品和医药领域有着广阔的应用前景。本文对于改良当前后生元制备工艺，开发乳酸菌后生元产品具有重要意义。

综述内容

1. 致病菌生物膜形成机制

随着细胞密度的增加和生长周期的变化，细菌和真菌分泌一种或多种化学信号分子，用于种内或种间通讯以协调群体行为，称为群体感应。特定的群体感应信号可以激活多种生理和生化反应，包括生物膜、次级代谢物、细胞外物质产生以及群体感应系统本身，这是毒力过程中的重要环节。细菌生物膜的形成通常分为四个阶段，群体感应系统控制最后三个阶段 (图1)，病原细菌通过聚集形成生物膜来抵抗环境压力，然后在有利的条件下分离和传播。菌毛和粘附素通常负责细菌的最初附着，而葡聚糖和eDNA的产生促进生物膜的成熟。

图1. 细菌生物膜的生命周期及各阶段生物膜控制方法。

2. 乳酸菌后生元及其制备方式

目前后生元是指经灭活处理后的菌体代谢产物和/或细胞成分。乳酸菌后生元包含丰富的生物活性物质，其作用靶点广泛，小分子为主容易被人体肠道吸收，产生与活菌等同的益生作用，同时避免了活菌生物利用度低、功效不稳定和耐药基因传播等缺陷。后生元制备技术主要通过物理或化学手段使菌体失去活性，同时仍保留原本益生特性。乳酸菌后生元的提取主要涉及两个步骤：灭活和浓缩 (图2)。热灭活和超声波破碎过程通常用于破坏益生菌的细胞膜，从而促进细胞内物质的释放，从而能够保存和浓缩活性细胞成分。提取时间更快、效率更高的高压均质将被广泛应用于产后提取中，可以最大限度地保护生物活性物质。

图2. 乳酸菌固体和液体后生元制备方法。

3. 乳酸菌后生元抗致病菌生物膜机理

在生物膜形成初始阶段，乳酸菌后生元可阻碍病原体生物膜的形成，也能够消除大部分成熟的生物膜。乳酸菌后生元在体外通过影响病原菌的表面粘附性、自聚集性、毒力和群体感应来抑制生物膜。在宿主内环境中，后生元抗生物膜机制涉及对微生物组的有益调节、对表皮屏障功能的增强、对免疫反应的调节以及其中的群体感应信号分子和群体淬灭物质对宿主微生物组的间接调节。其主要机理如图3所示。(a) 直接杀死浮游细菌，防止它们识别和粘附宿主；(b) 通过影响信号传递和生物膜稳定性来抑制结构成熟。(c) 后生元中的有机酸和小分子肽可以阻止病原菌在肠道中的定群，抑制真菌向菌丝相的转化。

图3. 乳酸菌后生元抗致病菌生物膜主要机理。

4. 乳酸菌后生元主要成分及分析方法

乳酸菌后生元中的次级代谢产物包括小分子有机酸、细菌素、小分子多肽和短链脂肪酸等生物表面活性物质。菌体成分包括遗传物质、肽聚糖、菌毛、凝集素、磷壁酸、脂磷壁酸和膜蛋白。除此以外，乳酸菌后生元还包括胞内/外多糖、胞内/外酶和信号分子等其他代谢产物。各成分分析方法如图4所示。

图4. 乳酸菌后生元主要活性物质和分析方法。

研究总结

本综述总结了乳酸菌后生元的概念和特点，重点介绍其制备技术和消除生物膜机理，并讨论了乳酸菌后生元在食品加工和临床治疗领域的应用方向，为更好地规范后生元定义，开发乳酸菌后生元产品提供新思路。目前活的乳酸菌及其纯化代谢产物已广泛应用于食品和药品，但后生元尚需大量临床试验来验证其安全性。随着后生元治疗龋齿和呼吸道感染临床试验的不断开展，如何进一步优化制备工艺，减少不同批次之间的组分差异将成为一个关键的研究方向。此外，也需要不断完善后生元定义并制定工艺技术标准，同时在乳酸菌单菌株后生元的基础上进一步研究乳酸菌多菌株复合后生元。

原文出自 Microorganisms 期刊：https://www.mdpi.com/2734602

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Microorganisms 期刊介绍

主编：Nico Jehmlich, UFZ-Helmholtz Centre for Environmental Research, Germany

期刊主题涵盖微生物学的各个研究领域，主要发表环境、植物、食品、肠道、医药、技术等微生物相关领域的学术文章。现已被 SCIE (Web of Science)、PubMed (NLM)、Scopus 等重要数据库收录。

2023 Impact Factor：4.1

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