表面修饰的微生物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及表面修饰的微生物的制备方法，所述细菌表面具有包膜，其包括步骤，使用盐溶液处理细菌以使细菌表面吸附阳离子；加入阴离子聚合物以在细菌表面自组装形成包膜，从而保护细菌免受胃酸、胆汁酸以及消化酶的侵蚀，从而大大提高细菌的口服利用度；同时经过包裹后的细菌暂时失活，并能够智能识别周围的环境响应性脱去包膜，实现细菌在体内的选择以及靶向递送。

【技术实现步骤摘要】
表面修饰的微生物及其制备方法和应用
本专利技术涉及生物
，涉及表面修饰的细菌及其制备方法、应用，具体地，涉及一种表面包膜的细菌、制备方法和应用。
技术介绍
自然地，各种微生物群落定居到人体内，这些微生物栖息于我们的身体中并建立了一个复杂的生态系统来影响生理稳态和宿主功能。如所报道的，许多疾病的发病机理、疾病进展和治疗，例如炎性肠病，多发性硬化，糖尿病，过敏，哮喘，自闭症和癌症，被认为受微生物群落组成的影响。因为细菌可以与它们在人体中的生态位相互作用并且还能产生一些关键的生物分子，对多种疾病做出反应从而达到诊断和治疗的目的。居住在人体不同组织中的细菌群落始终在维护人类健康中发挥特殊作用。益生菌，作为对宿主有益的活微生物，是非常重要的微生物管理工具，可用于疾病的治疗和诊断，以调节免疫系统、细胞代谢以及上皮屏障功能等。然而，并不是所有的益生菌在所有情况下都有益，在开发以微生物群为目标的疗法，开发增强功效的技术以及提供靶向递送到特定组织的方法以确保生物相容性和治疗功效至关重要时，用于临床转化上，我们仍然面临许多挑战。肠道是人体中最大的微生物库。肠道菌群影响宿主生理的许多方面，并且被认为是介导宿主适应性维持的关键因素。微生物学的最新发现突出了胃肠(GI)微生物组在调节人类健康和疾病(包括癌症、肥胖症、糖尿病、艰难梭菌和抑郁症)中的重要性。因此，将益生菌递送至肠道以影响和调节肠道微生物组成可能潜在地影响许多人类疾病的治疗。口服益生菌被认为是方便且广为接受的，并且患者能够顺从。但是，对于口服益生菌，益生菌遇到的难题是能够克服胃中存在的酸度和酶，这种环境已被证明会影响益生菌的活性和治疗有效性。当前商业益生菌产品的致命缺陷是不足量的益生菌向胃肠道下部的传递，尤其是胃的酸性环境，限制了口服传递过程中许多益生菌传递技术的转化。由于目前通过口服递送使用益生菌的功效有限，因此益生菌保护其免受胃中酸和酶的侵害以及针对明确的，促进健康的目的靶向递送至肠道的能力将具有巨大的价值。迄今为止，微胶囊化被定义为解决益生菌口服给药难题的主要技术，以防止益生菌与胃道的恶劣环境直接接触。不幸的是，该方法还阻止了益生菌与肠道表面的直接相互作用，从而减少了它们在肠道中的定植。尤其是，过度引入的微囊化学药品还会对益生菌的生物学活性和宿主健康产生一系列副作用。因此，这种方法在动物模型或人类转化中将没有足够的优势。
技术实现思路
针对上述的现有技术的问题，专利技术人提供了表面修饰的细菌及其制备方法，尤其是具有表面薄膜(聚合物构成)的细菌，其能够确保细菌(例如益生菌)在胃部暂时失活，使其能够克服胃部中存在的酸和酶的伤害；而当被递送到肠道的时候，被包裹的细菌在肠道自动去除其包膜，按需恢复其活性，其目的是根据消化道中会引起变性作用的低pH值和消化酶，选择性的将细菌，尤其是益生菌，控释到目标的下消化道。本专利技术一方面涉及表面修饰的细菌的制备方法，所述细菌表面具有包膜，其包括步骤，使用盐溶液处理细菌以使细菌表面吸附阳离子，加入聚合物，其能够与阳离子静电作用以能够在细菌表面自组装形成包膜。优选地，本专利技术涉及的表面修饰的细菌的制备方法，包括步骤：使用钙盐溶液处理细菌以使细菌表面吸附Ca2+离子；加入聚合物以在细菌表面自组装形成包膜。优选地，使用包含氯化钙的磷酸钙溶液悬浮处理细菌，以使细菌表面吸附Ca2+离子；加入阴离子聚合物溶液，然后降低pH以能够完成在细菌表面自组装形成包膜。优选地，所述pH值降低为等于或小于5；进一步优选地，所述的阴离子聚合物优选为阴离子聚合物L100-55。本专利技术另一方面涉及表面修饰的细菌，其表面具有包膜，其特征在于，所述的包膜包括：聚合物；和，钙离子，以用于交联所述阴离子聚合物。优选地，所述的聚合物为pH响应性聚合物、酶响应聚合物、光响应聚合物、还原性响应的聚合物；优选地，所述聚合物为pH响应性阴离子聚合物，优选地，所述的pH响应性阴离子聚合物能够在pH＞5.5时溶解，优选地，所述的pH响应性阴离子聚合物能够在pH＞6溶解。包裹后在pH<5.5时细菌暂时失活，并能够智能识别环境，在pH＞5.5时细菌则可以响应性脱去外膜后迅速复活，以能够控制释放细菌和靶向传送；优选地，所述的pH响应性阴离子聚合物为阴离子聚合物L100-55。本专利技术还涉及改善肠道菌群结构的方法，通过口服或者胃肠道给予上述的表面修饰的细菌，能够耐受胃酸以及消化酶的侵蚀，以抑制肠道病原菌的生长和/或定殖并且选择性增加肠道某种细菌的含量和口服利用度；优选地，所述的细菌选自益生菌，优选为大肠杆菌、粪肠杆菌、金黄色葡萄球菌、益生芽孢菌、丁酸梭菌、乳杆菌、双歧杆菌和放线菌的一种或多种组合。优选地，所述改善肠道菌群结构的方法中，还包括口服或肠道给予抗菌药物。本专利技术还涉及用于治疗肠道炎症和/或改善肠道功能的方法，其特征在于，口服或胃肠道给予上述的表面修饰的细菌，以抑制肠道病原菌的生长和/或清除病原菌。附图说明图1a是本专利技术涉及的具有包膜细菌的制备方法示意图；图1b-c是本专利技术涉及的具有包膜细菌的透射电子显微镜图像；图1d是本专利技术涉及的在pH＝7.4的PBS下形成的具有包膜的细菌的透射电子显微镜图像；图1e为本专利技术具体实施例中具有包膜的细菌的激光扫描共聚焦显微镜的图像；图1f为本专利技术具体实施例中具有包膜的细菌的生长曲线；图1g为本专利技术具体实施例中具有包膜的细菌的zeta电位变化；图2为本专利技术具体实施例中具有不同细菌厚度的细菌的透射电子显微镜图像；图3a-b为本专利技术具体实施例中包裹的细菌在pH较低条件下的暂时失活；图3c-d为本专利技术具体实施例中包裹的细菌在pH较高条件下的按需复活；图3e和3f为本专利技术具体实施例中包膜从细菌表面去除的过程；图3g为本专利技术具体实施例中SIF中孵育包膜从细菌表面脱离的激光扫描共聚焦显微镜的图像；图3h为本专利技术具体实施例中具有包膜的细菌在胃肠道的变化情况；图4a为本专利技术具体实施例中具有包膜的细菌对模拟胃液的耐受性；图4b为本专利技术具体实施例中EcN和具有包膜的细菌(EcN-L)在肠液(SIF)的生长情况；图4c-4h为本专利技术具体实施例中具有包膜的细菌(EcN-L)和无包膜细菌EcN在小鼠胃部和肠道中的存活数量；图4i为本专利技术具体实施例中具有包膜的细菌(EcN-L)和无包膜细菌EcN的在小鼠胃部和肠道中的存活率；图4j为本专利技术具体实施例中具有包膜的细菌(EcN-L)和无包膜细菌从胃肠道中离体成像；图5a为本专利技术具体实施例中具有较厚包膜的EcN的保留率；图5b-5e为本专利技术具体实施例中具有较厚包膜的EcN-L与未包被包膜的EcN的活力检测；图6a-6c为本专利技术具体实施例中EcN和具有包膜的细菌EcN-L与K88共同孵育时的K88的存活量；图6d为本专利技术具体实施例中喂食EcN-L和Ec本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.表面修饰细菌的制备方法，所述细菌表面具有包膜，其包括步骤，/n使用盐溶液处理细菌以使细菌表面吸附阳离子，/n加入聚合物，其能够与阳离子静电作用以能够在细菌表面自组装形成包膜。/n

【技术特征摘要】
20200630 CN 20201061114841.表面修饰细菌的制备方法，所述细菌表面具有包膜，其包括步骤，
使用盐溶液处理细菌以使细菌表面吸附阳离子，
加入聚合物，其能够与阳离子静电作用以能够在细菌表面自组装形成包膜。


2.如权利要求1所述的表面修饰细菌的制备方法，其特征在于，包括步骤，
使用钙盐溶液处理细菌以使细菌表面吸附Ca2+离子，
加入聚合物以在细菌表面自组装形成包膜；
优选地，使用包含氯化钙的磷酸钙溶液处理细菌，以使细菌表面吸附Ca2+离子，
加入阴离子聚合物溶液，然后降低pH以能够完成在细菌表面自组装形成包膜。


3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述pH值降低为等于或小于5。


4.如权利要求1-3所述的制备方法，其特征在于，所述的阴离子聚合物优选为pH响应性阴离子聚合物，优选地为，阴离子聚合物L100-55。


5.表面修饰的细菌，其表面具有包膜，其特征在于，所述的包膜包括
聚合物；和，
钙离子，以用于交联所述阴离子聚合物。


6.如权利要求4所述的表面修饰的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘尽尧，冯娉娉，曹浈萍，
申请(专利权)人：上海交通大学医学院附属仁济医院，
类型：发明
国别省市：上海;31