The gut commensal bacterium Enterococcus faecalis LX10 contributes to defending against Nosema bombycis infection in Bombyx mori  

腸道共生細菌糞腸球菌LX10有助于防御家蠶微孢子蟲（Nosema bombycis）感染  

來源：Pest Management Science, 2022; 78: 2215–2227

《害蟲管理科學》，2022年 第78卷 頁碼2215–2227

 

摘要內容  

本研究基于家蠶-微孢子蟲模型，發現家蠶對微孢子蟲Nosema bombycis（Nb）感染的敏感性具有劑量和時間依賴性。感染后家蠶腸道菌群中厚壁菌門（Firmicutes）的腸球菌屬（Enterococcus）豐度顯著增加。從家蠶腸道分離的糞腸球菌LX10（E. faecalis LX10）在體外和體內均能降低Nb孢子萌發率和感染效率，并通過組織病理學驗證。LX10與Nb共處理后，家蠶免疫基因（Akirin、Cecropin A、Mesh、Ssk、DUOX、NOS）表達、過氧化氫（H?O?）和一氧化氮（NO）水平及谷胱甘肽S-轉移酶（GST）活性均得到恢復。通過LC-MS/MS鑒定出抑菌蛋白enterococcin LX。結果表明，LX10通過直接抑制Nb和調節宿主免疫，在家蠶抵御微孢子蟲感染中發揮關鍵作用。  

 

研究目的  

闡明微孢子蟲Nb感染與家蠶腸道菌群的互作關系。  

 

篩選并驗證具有抗Nb活性的腸道共生菌（E. faecalis LX10）。  

 

解析LX10抑制Nb的機制（抑菌蛋白、免疫調節）。  

 

探索利用益生菌或轉基因共生系統增強微孢子蟲生物防治潛力的可行性。  

 

研究思路  

感染模型構建：用不同劑量Nb孢子感染家蠶，評估感染動態（圖1A）、生長指標（圖1B,E-H）及腸道pH變化（圖1C）。  

 

菌群分析：通過16S rRNA測序比較感染組與對照組腸道菌群結構（圖2-3），發現Enterococcus富集（圖3C-D）。  

 

 

LX10分離與驗證：從腸道分離LX10，通過體外孢子萌發抑制實驗（圖4A）和體內感染保護實驗（圖4B-F）驗證其抗Nb活性。  

 

機制解析：  

 

鑒定抑菌蛋白enterococcin LX（圖5）。  

 

分析LX10對免疫基因表達（圖6）、H?O?/NO水平及GST活性（圖7）的調節作用。  

 

 

應用潛力：討論利用LX10或轉基因共生菌增強Nb生物防治效能的策略。  

 

測量數據及研究意義  

Nb感染動態與宿主表型（圖1）  

 

數據：孢子數量（qPCR）、幼蟲體重、腸道pH、繭性狀（全繭重、繭長、繭寬、繭層重）。  

 

意義：量化Nb感染的劑量/時間依賴性及對家蠶生長的抑制，為后續菌群分析提供感染模型基礎。  

腸道菌群結構（圖2-3）  

 

數據：Alpha多樣性（Shannon指數、Faith's PD）、Beta多樣性（PCoA）、菌群組成（門/屬水平）、Enterococcus絕對豐度（qPCR）。  

 

意義：揭示Nb感染導致菌群失調（多樣性降低）和Enterococcus特異性富集（圖3C-D），提示其可能參與抗感染響應。  

LX10抑菌活性（圖4）  

 

數據：體外孢子萌發抑制率（圖4A）、體內Nb負荷（qPCR）（圖4B）、腸道病理切片（SEM/PAS染色）（圖4C-F）。  

 

意義：證實LX10直接抑制Nb萌發（體外）并減輕腸道組織損傷（體內），為益生菌應用提供實驗依據。  

抑菌蛋白鑒定（圖5）  

 

數據：SDS-PAGE蛋白條帶、LC-MS/MS肽段序列（圖5A,D）、enterococcin LX的pH/溫度穩定性（圖5B-C）。  

 

意義：明確LX10分泌的enterococcin LX是抗Nb關鍵效應分子，其穩定性利于腸道環境發揮作用。  

免疫與氧化應激響應（圖6-7）  

 

數據：免疫基因（Akirin, Cecropin A, Mesh, Ssk, DUOX, NOS）表達量（RT-qPCR）（圖6）、H?O?/NO水平、GST活性（圖7）。  

 

意義：LX10通過上調抗菌肽基因（如Cecropin A）和恢復氧化酶（DUOX/NOS）活性，增強宿主免疫防御并緩解Nb誘導的氧化應激失衡。  

 

丹麥Unisense電極測量數據的研究意義  

數據來源：電極用于測量家蠶腸道pH（方法2.2節，結果圖1C）。  

 

研究意義：  

揭示感染與pH關聯：Nb感染后腸道pH顯著升高（圖1C），而微孢子蟲在堿性環境（pH 9-10）萌發率最高（討論4.3節），說明pH變化可能促進Nb感染。  

 

解析LX10作用機制：LX10作為乳酸菌可能通過產酸降低腸道pH（討論4.3節），Unisense電極提供的精準pH數據為這一假設提供支持，間接解釋LX10抑制Nb的生態位競爭機制。  

 

指導生物防治優化：pH監測為設計益生菌（如產酸菌）聯合微孢子蟲的協同防控策略提供關鍵參數依據。  

 

結論  

Nb感染呈劑量/時間依賴性，導致家蠶生長抑制和腸道菌群失調（Enterococcus富集）。  

 

腸道共生菌E. faecalis LX10通過分泌enterococcin LX直接抑制Nb孢子萌發，并減輕腸道病理損傷。  

 

LX10協同調節宿主免疫：上調抗菌肽基因（Cecropin A等），恢復氧化酶（DUOX/NOS）活性和氧化應激水平（H?O?/NO）。  

 

移除特定共生菌（抗生素）或利用轉基因共生系統可增強微孢子蟲的生物防治效能。