仔猪断奶通常伴随肠道健康失衡和严重的腹泻问题。养殖场为应对这一挑战，大多依赖抗生素等进行被动防治，但这一方案面临药物残留与耐药性的双重困局，且抗生素会威胁食品安全与生态平衡，甚至陷入“用药—耐药—加量”的恶性循环。
近期，中国科学院生物物理研究所等研究团队，阐明了铁硫纳米酶通过催化乳酸杆菌生成“协同杀菌炸弹”，以抵抗仔猪腹泻的重要作用机制。
纳米酶是中国科学家率先提出的新概念，是指一类具有类酶催化活性的纳米材料。其作为新一代人工模拟酶，有望弥补天然酶稳定性差、成本高等不足，拓展生物催化边界和应用范围。研究团队基于纳米酶独特的酶学特性，提出了纳米酶仿生抗菌新策略，即通过模拟天然免疫防御系统多酶催化杀菌机制，对生物膜、胞内菌等多种耐药菌、真菌及病毒产生杀伤或抑制作用。这一抗菌模式显著区别于传统抗生素，有望为解决微生物耐药难题提供新的替代方案。
研究团队通过进一步探讨乳酸杆菌与铁硫纳米酶（nFeS）的相互作用，发现nFeS能够催化乳酸杆菌，使其代谢途径发生“抄近路”式的转变，并产生非天然代谢产物吲哚-2-甲酸。该产物能与亚铁协同，形成高效的杀菌“炸弹”，攻击致病菌。通过精细的光谱分析，研究团队成功捕捉到反应中间体的化学键“指纹”，证实了nFeS在其中发挥了关键的加氧酶与异构酶功能。
这项研究提供了一种不依赖基因编辑的“代谢路径重编程”策略，将复杂的肠道菌群管理转化为简单的饲料添加步骤。这种“赋能共生菌，抑制致病菌”的策略，为养殖场提供了一种新的健康管理范式，也为靶向调控肠道菌群、开发新型抗生素替代品开辟了新路径。目前，该技术体系已通过初步功效验证，其标准化应用方案正在进一步开发和验证。
相关研究成果发表在《自然-微生物学》（Nature Microbiology）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部、中国科学院的支持。
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铁硫纳米酶与阴道乳杆菌协同抑制致病菌的杀菌机制示意图
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