细菌胞外多糖是细菌在生长和代谢过程中合成的大分子,由于其多样化的功能特性而备受关注。虽然现在报道的细菌胞外多糖种类繁多,但真正实现工业化的产品却很少,较高的生产成本和构效关系研究的缺乏是制约胞外多糖应用的主要因素。目前,大多关于苏云金芽孢杆菌(B.thuringiensis)的报道都是被作为生物杀虫剂用于害虫防治领域,而在其他领域B.thuringiensis还没有被确认为像枯草芽孢杆菌(B.subtilis)那样的益生菌,尽管它们的基因非常相似。本学位论文从传统发酵食品郫县豆瓣中得到的一株高产胞外多糖的菌株,经鉴定该菌株为B.thuringiensis,命名为IX-01。对菌株IX-01产胞外多糖的发酵工艺进行了优化,其生产的胞外多糖具有产量高、成本低且具有一定生理活性的优势,展现了潜在的开发价值。对得到的关键多糖组分BPS-2的化学结构和物理性质做了系统研究,并通过深入对BPS-2体外活性的研究和分析的基础上,将侧重点放在了针对溃疡性结肠炎疾病的实际应用上。主要研究结果如下:(1)苏云金芽孢杆菌胞外多糖的发酵生产及分离纯化通过单因素和响应面法筛选到最适合B.thuringiensis IX-01产胞外多糖的培养条件,当葡萄糖、大豆蛋白胨和Ba SO_4分别为37.08、9.64和0.24 g·L~(-1)时,胞外多糖的产量从2.39 g·L~(-1)增加到10.61 g·L~(-1),与优化前的工艺相比使产量提高443.93%。而初始p H、温度、转速和发酵时间分别为6.5、30℃、200 r·min~(-1)和72h是最适合菌株IX-01的培养条件。通过高密度深层液态发酵法对培养条件进行了放大,同时采用碳饥饿调控策略使IX-01胞外多糖的产量达到最大16.19±0.55g·L~(-1)。将得到的发酵液用多酶法水解及Savage法得到粗胞外多糖,后通过双色谱法对其进行分离纯化得到了一个酸性的多糖组分BPS-2。(2)苏云金芽孢杆菌胞外多糖理化性质的研究通过比色法、高效凝胶过滤色谱法和离子色谱法对BPS-2的化学组成进行了分析,发现BPS-2总糖和蛋白质含量分别为91.29±3.71%和1.31±0.27%,其分子量Mw为29.36 KDa,Mn为27.96 KDa,多分散性系数为1.05,单糖组成由D-Gal N、Ara、Glc N、Glc和Man组成,摩尔比为5.53:1.77:4.74:3.24:1。Cell Culture通过甲基化、傅里叶红外和核磁共振对BPS-2的化学结构进行了系统表征,发现其是一种新型的糖胺聚糖衍生物。通过原子力显微镜和扫描电子显微镜观察发现BPS-2的空间构象主要由直链的两端进行串联,而浓度较高时不同分子间的支链相互串联形成大小不一的片状的大分子物质。同时BPS-2具有良好的热稳定性,在250℃以下不易降解。BPS-2多糖溶液表现了非牛顿行为的特性,当溶液p H为3时表现出较高的表观粘度。(3)苏云金芽孢杆菌胞外多糖功能活性的研究通过体外消化模型测试了BPS-2多糖的抗消化能力,发现其能顺利到达结肠且分子结构没有明显的改变,同时抗氧化活性仍得到了保留。体外抗氧化能力测试了BPS-2对DPPH、羟基、超氧阴离子和ABTS自由基清除能力均呈剂量依赖的趋势。而在10名健康人的体外混合粪便菌群发Barasertib生产商酵表明BPS-2可以显著增加副杆菌属的相对丰度,减少有害菌群的丰度进而改善肠道菌群的组成,同时发酵后显著增加短链脂肪酸中丙酸和丁酸的产生。在细胞水平上考察了BPS-2对四种细胞系的生物相容性,其对人结直肠癌细胞系Lo Vo、HT29和SW480都表现出明显的细胞毒性,而人正常结肠上皮细胞Hco Epi C没有显著的细胞毒性。而通过体外抗炎实验发现BPS-2对RAW 264.7细胞具有增殖作用,同时能限制RAW 264.7细胞由脂多糖刺激引起的炎症反应。BPS-2能降低促炎因子的分泌水平,并降低MDA的表达,同时提高SOD、GSH-Px和T-AOC的活性。(4)苏云金芽孢杆菌胞外多糖对溃疡性结肠炎肠道菌群的影响通过仿生胃肠道反应器研究了2名健康人与4名溃疡性结肠炎患者的体外粪便菌群发酵。发现添加BPS-2多糖发酵48 h后可显著促进溃疡性结肠炎患者总短链脂肪酸的产生,同时抑制溃疡性结肠炎患者原始肠道有害菌群脆弱拟杆菌和志贺氏菌属的增殖。且BPS-2能使6名志愿者肠道菌群的相对丰度更加均衡,使溃疡性结肠炎患者的肠道健康起到改善作用,同时促进益生菌双歧杆菌属相对丰度的增长。(5)苏云金芽孢杆菌胞外多糖对溃疡性结肠炎小鼠的影响在溃疡性结肠炎小鼠模型中,发现BPS-2能改善结肠炎小鼠的病理指标和结肠病理症状,并通过显著增加TJ蛋白的分泌来修复结肠上皮机械屏障。同时BPS-2能显著减少促炎细胞因子和炎症相关酶的分泌,增加抑炎细胞因子IL-10的表达。BPS-2干预后结肠炎小鼠丙酸、丁酸、戊酸和总短链脂肪酸的分泌均显著增加,并重构了结肠炎小鼠的结肠菌群,显著增加拟杆菌目和毛螺菌科的相对丰度从而缓解溃疡性结肠炎的发生。综上所述,从传统发酵食品中得到的苏云金芽孢杆菌IX-01,对其胞外多糖的发酵工艺进行了优化,并对关键多糖组分BPS-2化学结构Z-VAD-FMK临床试验和物理性质做了系统的研究。通过对BPS-2体外活性的研究的基础上,进一步探究了其对肠道菌群及溃疡性结肠炎小鼠的实际应用。结果表明,该多糖或可为未来开发缓解溃疡性结肠炎的糖类药物提供思路,同时也为苏云金芽孢杆菌发酵产物多维度的资源开发奠定基础。