Engineered Lactobacillus paracasei 3×pBD1/ΔHLJ-27 as a novel antibiotic alternative for livestock: Dual efficacy in growth promotion and protection against Salmonella infection via integrated host-microbiota-immune regulation

微生物学 副干酪乳杆菌 免疫系统 益生菌 抗菌剂 抗生素 生物 沙门氏菌 抗菌肽 抗生素耐药性 沙门氏菌感染 乳酸菌 免疫 肠道菌群 免疫学 效应器 先天免疫系统
作者
Yijie Yang,Ying Chen,Haiyuan Zhao,Zhaojun Wang,Meijun Yu,Xijiao Shao,Yin Zhu,Ping Han,Tianyu Han,Wen Cui,Yanping Jiang,Lijie Tang,Yijing Li,Jiaxuan Li,Xiaona Wang
出处
期刊:PLOS Pathogens [Public Library of Science]
卷期号:22 (8): e1014367-e1014367
标识
DOI:10.1371/journal.ppat.1014367
摘要

To address the antimicrobial resistance (AMR) crisis driven by livestock agriculture, effective antibiotic alternatives are urgently needed. However, current probiotic and antimicrobial peptide strategies are critically hindered by limited efficacy, poor stability, and a lack of systemic protection. This study employed recombinant Lactobacillus paracasei 3 × pBD1/ΔHLJ-27, which can secrete and express multicopy porcine β-defensin-1 (pBD1), a cationic antimicrobial peptide with broad-spectrum activity. The study demonstrate that this engineered strain confers systemic protection against Salmonella Typhimurium (S. Typhimurium) infection by coordinately enhancing intestinal barrier integrity and modulating host immune responses. Specifically, 3 × pBD1/ΔHLJ-27 improved intestinal morphology and upregulated tight junction proteins, while promoting balanced immune activation characterized by increased CD4 ⁺ T cells and elevated SIgA and IgG levels. In infection models, the strain significantly reduced mortality, limited bacterial dissemination, and alleviated intestinal pathology. Mechanistically, these protective effects are associated with suppression of excessive inflammatory responses and reprogramming of host-microbiota interactions, as evidenced by reduced pro-inflammatory signaling and enrichment of beneficial microbial taxa. Collectively, these findings identify 3 × pBD1/ΔHLJ-27 as a multifunctional engineered probiotic that integrates antimicrobial activity with immune regulation, offering a promising and scalable alternative to antibiotics in animal production.
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