Peptide-rich and free amino acid-rich casein hydrolysates drive opposite trends in the growth and biogenic amine synthesis of E. coli K88
本研究表明，膳食氨基酸的形式——即它们是游离态还是肽结合态——决定了埃希氏大肠杆菌 K88 的代谢归宿，其中富含多肽的底物促进生长和有益的精胺生成，而富含游离氨基酸的底物则驱动分解代谢以及破坏屏障的生物胺（如腐胺和尸胺）的合成。
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在肠道内部，一个繁忙的细菌生态系统正不断地与我们摄入的食物进行着“谈判”。这些微小的居民将蛋白质分解为其组成部分——氨基酸和多肽，并利用它们进行生长和繁殖。在此过程中，它们会释放出化学副产物，这些副产物根据其成分的不同，既可能舒缓肠粘膜，也可能刺激肠粘膜。对于像小猪这样在断奶后极易出现消化问题的动物来说，这些化学物质的平衡关乎健康与生存。一种被称为大肠杆菌 K88（E. coli K88）的特定有害细菌，是导致幼猪严重腹泻的常见原因。科学家们早已知晓这种细菌以食物中的氮为生，但一个悬而未决的问题仍然存在：氮是以游离氨基酸的形式到达，还是以被称为多肽的小链形式到达，这是否会有所不同？这个答案可能会改变我们通过喂养动物来维持其肠道健康的方式。
南京农业大学和卡尔加里大学的研究人员致力于通过在受控环境中培养大肠杆菌 K88 来回答这个问题，他们使用了两种源自酪蛋白（一种牛奶蛋白）的不同蛋白质来源进行喂养。其中一组细菌摄取的饮食富含游离氨基酸，而另一组则摄取富含多肽结合氨基酸的饮食。尽管两种饮食提供的总氮量完全相同，但交付形式的不同却导致了截然不同的结果。摄取多肽丰富饮食的细菌生长得更大、更快，并在其细胞中积聚了更多的蛋白质。它们似乎将食物视为一种建筑材料，高效地将其整合进自己的身体中。相比之下，摄取游离氨基酸饮食的细菌似乎更具攻击性地“燃烧”它们的食物，以一种产生不同化学废弃物的方式对其进行分解。
最显著的区别在于细菌释放的特定废弃化学物质。摄取游离氨基酸饮食的细菌产生了高水平的腐胺（putrescine）和尸胺（cadaverine），这两种化合物已知会对肠道壁有害。当细菌通过一种称为脱羧作用的过程从氨基酸中剥离碳原子时，就会产生这些物质。然而，摄取多肽丰富饮食的细菌则选择了另一条路径。它们产生的这些有害化学物质要少得多。相反，它们生成了更多的精胺（spermidine），这种化合物已被证明能够支持细胞健康。研究人员将这种转变归因于细菌处理两种特定氨基酸——精氨酸和赖氨酸的方式。当喂食多肽时，细菌提高了特定的转运系统活性，将这些氨基酸拉入细胞内以构建新蛋白质，而不是将其分解。这种从“分解”到“构建”的重心转移，意味着产生的有害副产物更少了。
为了观察这对实际肠道意味着什么，研究团队在培养皿中培养了一层猪肠细胞，并测试了这些化学物质对它们的影响。当研究人员将细胞暴露在高水平的腐胺和尸胺中时，细胞的保护屏障变得脆弱，通透性增加，使得有害物质更容易通过。细胞还表现出了压力迹象和生长减缓。相反，当细胞接受精胺处理时，屏障变得更加强韧且具有弹性。研究表明，饮食中的蛋白质形式就像是一个“开关”。通过提供更多的多肽和更少的游离氨基酸，有可能引导像大肠杆菌 K88 这样的有害细菌的代谢方向，使其远离产生破坏性化学物质，转而产生可能有助于维持肠壁完整性的化合物。这一发现为如何通过饮食选择来影响肠道病原体的行为提供了全新的视角，潜在地为开发无需依赖抗生素即可保护幼年动物免受消化系统疾病影响的喂养策略提供了可能。
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