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丁酸梭菌的生物学功能及其在动物生产中的应用

来源:必赢手机版博莱特生物饲料有限公司     日期:2018-07-24 20:51

丁酸梭菌又名丁酸菌、酪酸梭菌,是1933年由日本千叶医科大学宫入近治博士首先发现并报告的,因此又名宫入菌,细菌学分类属于梭菌属,是从健康人和动物肠道中分离出的一种厌氧型革兰氏阳性芽孢杆菌,能在动物肠道内定植,并产生以丁酸和乳酸等短链脂肪酸为主要益生产物的益生菌。丁酸梭菌作为新一代芽孢益生菌制剂,较非芽孢益生菌制剂具有耐热、耐酸和耐多种抗生素等生物学特性。2009年7月,我国农业部批准了丁酸梭菌制剂在饲料中作为微生物饲料添加剂使用。丁酸梭菌作为饲料添加剂在饲料中使用,具有调控动物肠道健康等多种生物学功能,主要体现在促进肠道中有益菌(如乳酸菌、芽孢杆菌和双歧杆菌)的生长、调节动物肠道菌群平衡,稳定胃肠道功能,提高动物机体免疫应激能力,进而维持动物健康并促进其生长。丁酸梭菌作为微生态添加剂,既可作为饲料添加剂单独使用,又可与一些有益菌复配使用,起到菌群相互促进的目的。

一 丁酸梭菌在动物生产中的应用进展


丁酸梭菌作为饲料添加剂既能单独使用,又可与乳酸菌、芽孢菌、双歧杆菌等益生菌复配使用,甚至与某些抗生素联合应用,来避免抗生素的滥用带来的危害。丁酸梭菌微生态制剂可改善动物肠道内微生态环境、增强机体免疫功能,又可减少动物腹泻等肠道疾病。其主要代谢产物丁酸是一种无毒的,具有水脂两亲性的四碳短链脂肪酸,可透过革兰氏阳性菌和阴性菌细胞膜,促进有益菌的增殖,抑制有害菌的生长,从而使整个肠道趋于健康状态。作为肠细胞的快速能源,丁酸具有调节肠道微生物菌群、促进肠道发育、提高机体免疫力和抗氧化能力等生理功能。


2.1 丁酸梭菌在家禽上的应用

通过抑制致病菌的黏附降低致病菌的增殖,从而限制其对宿主的侵害是益生菌最重要的特性之一,也是衡量抑菌性的重要指标。益生菌对致病菌的黏附抑制作用具有较高的特异性,且往往取决于益生菌和致病菌的菌种特性。有研究表明丁酸梭菌可替代肉鸡的抗生素。用不同浓度的丁酸梭菌饲喂肉鸡后,其血清中免疫球蛋白M的含量增加,血清抗氧化能力提高,免疫功能得到改善,且饲喂丁酸梭菌促进蛋白质代谢,同时降低氨的排放。这说明丁酸梭菌可提高肉鸡的免疫性能,原因可能是丁酸梭菌能够调节机体的免疫通路;丁酸梭菌还可促进大肠杆菌K88感染的肉鸡免疫反应,改善其肠道屏障功能和消化酶活性。关于具体的调节方式,有研究指出丁酸梭菌可能通过下调TLR4、髓样分化因子88(myeloiddifferentiation factor 88,MyD88)和核转录因子-κB(NF-κB)依赖途径来减轻鸡的炎症反应。Liao等研究指出饲粮中添加丁酸梭菌可提高雏鸡肝脏组织SOD 活性, 降低MDA 水平; 增加胸肌C20 ∶1n-9、C20 ∶ 2n-6、C20 ∶ 3n-6、C20 ∶ 3n-3、C20 ∶4n-6、C20∶5n-3 和C22∶6n-3 等多不饱和脂肪酸的浓度以及总多不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸的比值; 增加大腿肌C18 ∶ 2 t-9、C18 ∶ 2 t-12、C20 ∶3n-6、C20∶3n-3 和C20∶5n-3 的含量。丁酸梭菌促进有益菌增殖,抑制有害菌生长从而调节肠道内菌群的平衡,改善肠道微生态环境;增强消化吸收能力,维护肠道正常的黏膜屏障功能,改善免疫水平,提高肠道挥发性脂肪酸含量及抗氧化能力,调节氮代谢,改善肠道形态和平衡肉鸡盲肠微生物。


2.2 丁酸梭菌在猪上的应用

在饲粮中添加益生菌可显著改善肠内免疫应答和病原体黏附。在免疫反应方面,下调的蛋白如跨膜糖蛋白NMB和β-半乳糖苷α-2,6-唾液酸转移酶1参与肠道疾病和先天性免疫反应,而上调的蛋白参与抗原呈递和补体激活途径,如ficolin-2 和倒转的formin-2。对于细胞生长和增殖,下调的蛋白涉及细胞增殖(例如甲基-CpG 结合结构域蛋白2)、细胞形态(例如己糖激酶-2)和组织形态学(例如核分布蛋白nudE 同系物1)。复合益生菌丁酸梭菌制剂对预防仔猪腹泻具有显著效果,可作为绿色添加剂进一步推广使用 。有报道指出,在早期断奶仔猪饲粮中添加丁酸梭菌,可极显著增加肠道微生物多样性,显著降低腹泻率,提高体增重和饲料转化效率。庞敏等研究结果表明,丁酸梭菌显著降低断奶仔猪腹泻率和隐窝深度,显著升高绒毛高度与隐窝深度的比值;显著降低断奶仔猪的血清内毒素和D-乳酸浓度;改善肠黏膜形态,降低肠道通透性,显著升高断奶仔猪回肠和结肠occludin mRNA 表达,上调紧密连接蛋白基因的表达,从而保护肠道黏膜屏障功能。同时亦有学者指出丁酸梭菌可刺激TLR2 在mRNA 水平的表达;但是TLR4、TLR5、TLR9 和MyD88 转录水平保持不变。丁酸梭菌显著升高NF-κB、白细胞介素-8(IL-8)、TNF-α 表达水平,表明丁酸梭菌可致敏HT-29 细胞 。然而,在缺乏TLR2 表达的情况下,NF-κB、IL-8、白细胞介素-6 (IL-6) 和TNF-α 表达水平是显着降低的,这意味着在丁酸梭菌识别中需要TLR2。因此,丁酸梭菌参与激活上皮细胞中TLR2 的介导不依赖MyD88 信号传导途径。


2.3 丁酸梭菌在水产上的应用

Duan 等进行了56 d 的急性高温应激试验,评价饲料中丁酸梭菌这一益生菌对日本对虾生长性能和肠道抗氧化能力的影响,其结果指出,饲料中补充100 mg / g 丁酸梭菌可提高其生长性能,降低饲料转化率。苏木精-伊红(HE)染色结果显示,丁酸梭菌可增加日本对虾肠道上皮细胞的高度,饲粮中丁酸梭菌的添加还可提高生氧能力和MDA 水平,增加总抗氧化能力(T-AOC)、CAT 和过氧化物酶(POD)活性以及提高热休克蛋白70(hsp 70)和金属硫蛋白(MT)基因的表达水平。丁酸梭菌与哈氏弧菌的拮抗以及其对淡水虾的生长性能、消化率、免疫应答的研究结果显示,虾的体重和生长速度显著高于对照组;益生菌丁酸梭菌阻碍了病原菌的生长,对虾的生长、蛋白酶和淀粉酶活性有促进作用。饲料中不同浓度的丁酸梭菌可提高白虾的生长性能,增加肠道短链脂肪酸含量和机体粗蛋白质含量,调节肠道消化能力,增强凡纳滨对虾对氨应激的肠道免疫功能。

二 小结

丁酸梭菌在动物生产中具有增加饲料转化率、降低料重比、提高动物免疫力以及改善肠道微生态环境等功能。其作为微生态制剂具有低毒、无残留、安全性好等特点,符合消费者期望,市场潜力大,但目前丁酸梭菌制剂还未被普遍的作为益生菌剂添加于动物饲料,可能原因是其具有刺激性气味,影响适口性,且低成本生产工艺不够成熟等。同时丁酸梭菌及其代谢产物在维持微生态平衡、治疗炎症和癌症等方面的益生原理和作用机制,宿主细胞受体识别的机制以及导致这些益处的下游免疫信号传导途径尚不清楚,仍需进一步深入研究。