基于人消化道微生态体外模拟系统观察纳米二氧化钛对肠道菌群的影响

目的：通过体外胃肠道微生态模拟系统，探讨纳米二氧化钛（TiO2NPs）对人体组成和结构的影响。方法：对TiO2NPs的粒度、形状、晶体形态和团聚程度进行表征。通过模拟胃、小肠和结肠的液体环境和物理条件，建立了体外人体消化道微生态模拟系统，并对模拟系统的稳定性进行了评价。从人类粪便中提取菌群，并用模拟系统进行稳定培养。他们分别暴露于0、20、100和500 mg/LTiO2NPs。收集暴露24小时后的细菌溶液。通过16S　rRNA测序技术分析TiO2NPs对人类源肠道菌群的组成和结构的影响，通过线性判别分析效应大小（LEfSe）筛选差异细菌，并根据京都基因和基因组百科全书（KEGG）数据库进行功能预测。结果：TiO2NPs的直径为（25.125.64）nm，晶体结构为锐钛矿，超纯水中的水合粒径为（609.4360.35）nm，Zeta电位为（-8.330.22）mV。源肠道菌群的人权状况达到了相对稳定的状态在体外消化道模拟系统培养24小时后，肠球菌（Enterococci）、大肠杆菌（Escherichia　coli）和乳酸杆菌（Lactobacillus）可分别计数107（1.600.85）、（5.600.82）和（2.701.32）。16S　rRNA的测序结果表明，与对照组相比，在TiO2NPs暴露组（20、100和500 mg/L）中，肠道菌群物种的数量和均匀性在门、纲、目、科和属的水平上没有显著影响，但在相对丰度，一些菌株的数量和均匀性发生了显著变化。在NPs暴露组（20、100和500 mg/L）和对照组之间，共筛选了42种不同的细菌（线性判别分析分数，LDA　score>3），其中肠杆菌属（Enterobacter）、拟杆菌科（Bacteroidaceae）、乳酸杆菌科（夏洛克·Lactobacillaceae）、双歧杆菌科（西马基安）和梭菌属（Clostridium）为代表。对肠道菌群的进一步功能预测分析表明，TiO2的NPs可能会影响氧化磷酸化的代谢和功能、能量代谢、磷酸盐和磷酸盐的代谢、甲烷代谢等（P<0.05）。结论：在体外人体消化道微生态模拟系统下，TiO2的NPs可以显著改变以肠杆菌属和益生菌为代表的人类肠道菌群的组成和结构，并可能进一步影响各种物质的代谢和功能。