群體效應(yīng)對(duì)優(yōu)化腸道健康和生產(chǎn)性能影響的研究

腸道健康是影響家畜獲得最佳生產(chǎn)效率和利潤(rùn)率的幾個(gè)重要因素之一，已有越來(lái)越多的證據(jù)表明，腸道微生物區(qū)系在動(dòng)物健康和疾病控制方面發(fā)揮著核心作用。因此，一些飼料添加劑就是專(zhuān)為改善腸道健康而特意研發(fā)的。

數(shù)量眾多的植物性化學(xué)物質(zhì)，如以干草藥、植物提取物或精油等形式加入動(dòng)物飼料，已有報(bào)道稱(chēng)對(duì)很多指標(biāo)具有正面影響，如消化、血壓、抗炎性及護(hù)肝。因此，若想合理地開(kāi)發(fā)出一種植物性飼料添加劑混合物，則具有一定挑戰(zhàn)性：如何從大量植物衍生物中篩選出一些物質(zhì)，它們中的每一種均能引發(fā)一些生理性反應(yīng)，且能最大限度地改善動(dòng)物健康和生產(chǎn)性能。

1 腸道微生物區(qū)系

一些旨在用于改善家畜腸道健康和生產(chǎn)性能的植物性飼料添加劑，正轉(zhuǎn)向作用于腸道微生物區(qū)系組成及其活性。這可以用以下事實(shí)進(jìn)行解釋?zhuān)耗壳?，有證據(jù)表明腸道微生物區(qū)系在維持動(dòng)物的一些器官和組織 （包括消化道） 的健康上發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。在過(guò)去，人們認(rèn)為腸道微生物組成主要影響人類(lèi)和動(dòng)物的健康，而現(xiàn)在人們?cè)絹?lái)越清晰地認(rèn)識(shí)到菌群能直接和間接地影響一些組織和器官的發(fā)育及其功能，如：腸細(xì)胞、與腸道相關(guān)的淋巴組織、肝及大腦。

在對(duì)會(huì)影響腸道菌群的成份（如植物源性組分）進(jìn)行篩選時(shí)，許多飼料添加劑生產(chǎn)商依賴(lài)于能夠證明其殺菌效果的體外試驗(yàn)結(jié)果。然而，這些植物性成分在動(dòng)物的消化道中以遠(yuǎn)低于抑菌（致病菌）所需最低濃度存在時(shí)將失去活性。

因此，一種對(duì)飼料添加劑組份更具可靠性的篩選方法，是以植物性組份在更低濃度下的作用效果作為判定依據(jù)，這可能是調(diào)控體內(nèi)菌群活性、提高腸道健康上最中肯的方法。

2 群體效應(yīng)

細(xì)菌會(huì)持續(xù)分泌QS信號(hào)，從而使它們的行為同步化。更具體而言，當(dāng)某一環(huán)境中某種細(xì)菌或菌群的數(shù)量（群體）增加時(shí)，它們所分泌的QS信號(hào)強(qiáng)度也將增大（圖1）。

如果這些分子的水平達(dá)到特定閾值，它將激活細(xì)菌體內(nèi)的QS依賴(lài)型信號(hào)通路，導(dǎo)致產(chǎn)生與致病性相關(guān)的生化反應(yīng)，如產(chǎn)生毒素。

因此，可以阻斷QS的化合物在人類(lèi)醫(yī)學(xué)研究中因其在低濃度下的作用和細(xì)菌對(duì)這些非致命性分子耐藥性的低概率發(fā)生而作為抗生素替代品得到越來(lái)越多的研究。

除了QS信號(hào)在人類(lèi)疾病治療方面的作用外，動(dòng)物源性致病菌，如梭狀芽胞桿菌（Clostridium perfringens）、葉爾森氏鼠疫桿菌假結(jié)核?。╕ersinia pseudotuberculosis）和沙門(mén)氏菌（Salmonellaenterica）的相關(guān)知識(shí)也正在逐步增加。另外，調(diào)控胃腸道中細(xì)菌的QS作為控制腸道微生物活性及其組成、進(jìn)而影響動(dòng)物的健康和畜牧學(xué)性能的方法，已經(jīng)引發(fā)人們的極大興趣。

3 將QS用作篩選原料的工具

在開(kāi)發(fā)一種新型肉雞用飼料添加劑APEX 5時(shí)，我們已經(jīng)將QS用作篩選高活性化合物的一種工具。

最初從植物提取物和其他原材料著手，我們已有證據(jù)表明它們對(duì)消化、抗氧化及免疫調(diào)控均有正面影響，但仍有大量有潛力的原材料有待篩選。如我們希望這些新添加劑對(duì)腸道微生物活性及其組成有顯著的作用，我們需要依賴(lài)QS試驗(yàn)來(lái)確定APEX 5的最終組成成分。

第一步（圖2），我們根據(jù)其對(duì)兩種類(lèi)型QS的抑制能力篩選植物的單種組份或混合物。具體如下：獲取這些組份的提取物，確定它們對(duì)不同報(bào)告菌株的最小抑菌濃度值（MIC），并以低于它們MICs值的濃度將它們添加到這些菌株的培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)。

隨后，報(bào)告菌株的QS依賴(lài)性讀數(shù)（當(dāng)QS活躍時(shí)所發(fā)出的熒光信號(hào)）與在添加提取物且經(jīng)培養(yǎng)后的QS依賴(lài)性讀數(shù)進(jìn)行比較。

下一步，我們選擇具有最佳性能的植物性提取物，并經(jīng)系列稀釋后在更低濃度下進(jìn)一步檢測(cè)QS抑制作用。

值得注意的是，我們發(fā)現(xiàn)抑制QS的能力和這些物質(zhì)的MIC值并不相關(guān)。

從圖2B中我們發(fā)現(xiàn)，和其他兩種被測(cè)化合物相比，植物-34具有最高的MIC值。但是，在最低濃度時(shí)QS信號(hào)強(qiáng)度減半。

基于上述結(jié)果，我們選擇一種植物混合物，以一種簡(jiǎn)易的方法在體外模型中進(jìn)行測(cè)試：極小的秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)（C. elegans）用傷寒沙門(mén)氏菌（Salmonella typhimurium）感染。值得注意的是我們不能用此方法在肉雞上評(píng)估植物源性組分降低沙門(mén)氏菌的能力。

然而，我們發(fā)現(xiàn)沙門(mén)氏菌能夠定植在秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)（C. elegans） 的消化道內(nèi)，最終以產(chǎn)生會(huì)影響這些線(xiàn)蟲(chóng)活力的QS依賴(lài)性毒素告終。

秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)（C. elegans）可在如下培養(yǎng)基中生長(zhǎng)：有或無(wú)沙門(mén)氏菌和有或無(wú)植物提取物添加劑（圖3）。

我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)植物源性組分以不會(huì)影響沙門(mén)氏菌生長(zhǎng)的低濃度添加時(shí)，它能顯著提高線(xiàn)蟲(chóng)的存活率。

假如沙門(mén)氏菌感染所引發(fā)的死亡率是QS依賴(lài)型的，并且這些植物源性組分在體外能夠抑制QS，那么可以假設(shè)這一結(jié)果可以利用植物源性組分的QS抑制作用來(lái)進(jìn)行解釋。

4 對(duì)腸道健康及其性能的影響

隨后，設(shè)計(jì)了多項(xiàng)田間試驗(yàn)，以評(píng)估給肉雞飼喂植物源性組分的效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，家禽采食APEX 5后，其腸道微生物組成向一種通常能夠提高腸道健康狀況的方向發(fā)展（圖4）。與上述結(jié)果一致，處理組肉雞的畜牧學(xué)特性好于對(duì)照組肉雞（圖5）。

5 結(jié)論

腸道微生物對(duì)動(dòng)物健康及其生產(chǎn)性能極其重要。因此，包括植物產(chǎn)品在內(nèi)的一些飼料添加劑已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)，用來(lái)調(diào)控腸道微生物，維持腸道健康。

體外試驗(yàn)是開(kāi)發(fā)此類(lèi)植物源性產(chǎn)品的有用工具。除了根據(jù)其抑菌效果進(jìn)行篩選外，也有人提出可以考慮在更低濃度下發(fā)揮作用的生物活性，如腸道細(xì)菌QS的調(diào)控作用。

QS在生產(chǎn)動(dòng)物上的重要性目前尚不完全清楚，并且在消化道內(nèi)抑制QS的能力及結(jié)果有待進(jìn)一步研究。

然而，重要的是要探索植物源性組分在低濃度下所發(fā)揮的作用，如：對(duì)此類(lèi)研究而言，QS是可以考慮的一種極具應(yīng)用前景的工具。

我們已經(jīng)將QS分析用作研發(fā)植物源性飼料添加劑的工具，隨后的分析已經(jīng)表明，它能夠提高腸道健康指標(biāo)和動(dòng)物生產(chǎn)性能。原題名：Exploring quorum sensing to optimise gut health and performance（英文）

原作者：Tim Goossens 博士（比利時(shí)Nutriad公司業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理）