雞消化道微生物菌群的組成及作用機理

韓浩月

摘 要：自發(fā)現(xiàn)了可以研究動物腸道微生物的技術以來，家禽消化道的微生物菌落一直是人們研究的對象。對于腸道微生物菌群的營養(yǎng)和生理需求，我們所掌握的知識很有限，僅限于了解可以在實驗室條件下輕易培養(yǎng)的那些菌種。在分子技術得到運用之前，這些結果掩蓋了雞腸道微生物菌群的真實組成及其行為，這些分子技術包括聚合酶鏈式反應（Polymerase Chain Reaction，PCR）、變性梯度凝膠電泳（Denaturing Gradient Gel Electrophoresis，DGGE）、末端限制性片段長度多態(tài)性（Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism，T-RFLP）分析、克隆和測序等方法。當DNA測序技術變得更為廉價且耗時更少時，人們對腸道微生物菌群實際組成的研究取得了重大進展。研究人員揭示了腸道微生物菌群（包括未經(jīng)培養(yǎng)的微生物）的真實組成，并提出了其在雞生理學中作用的新見解。本文我們將討論家禽腸道微生物菌群組成及其對腸道內環(huán)境穩(wěn)定以及腸道發(fā)育、分化和成熟的影響。此外，我們還將介紹改變腸道微生物菌群組成會怎樣改善營養(yǎng)物質的吸收和怎樣改變可以影響腸道功能的黏蛋白層組成。學術界在這方面已經(jīng)取得了重大研究進展，未來的研究是要闡明腸道微生物對家禽生理的影響機制。未來家禽生產(chǎn)上的發(fā)展將包括專為獲得特定作用設計的微生物調節(jié)劑。

關鍵詞：微生物菌群；微生物區(qū)系；微生物組；腸道；全息生物；體內平衡；分化；黏蛋白；益生素

中圖分類號：S811.6 文獻標志碼：C 文章編號：1001-0769（2018）05-0047-03

1 重要性

“共生生命體（holobiont）”是為描述由片利共生和互利共生以及宿主相關微生物菌群組成的脊椎動物超有機體創(chuàng)造的術語（Singh等，2013b；Walter等，2013）。宿主要發(fā)揮出其最大的遺傳潛力可能需要腸道微生物菌群之間的完美平衡，事實上似乎任何一種脊椎動物都可能擁有共同進化的基因組和它的微生物組（Xu和Gordon，2003）。例如，腸道微生物菌群在腸道內構建了一個會對宿主的許多機體功能產(chǎn)生影響的復雜環(huán)境。這些微生物對動物機體的影響包括黏蛋白的降解、控制病原體的豐度和行為、調節(jié)炎癥以及刺激腸道的分化和發(fā)育，等等。在食品生產(chǎn)用動物的生產(chǎn)中，用于操控腸道微生物菌群的策略有很多，其目的都是影響營養(yǎng)物質的消化和吸收。另外，動物抵抗人畜共患病病原體的感染和定植的能力可能會受到腸道微生物菌群的影響。增加腸道有益微生物豐度的常用方法包括使用直飼型微生物（如益生菌）和益生元添加劑，以給動物飼喂所需要的微生物。競爭排斥性產(chǎn)品和抗菌劑也被用于抑制腸道中有害微生物的豐度。由于消費者希望獲得更多來源的“健康”的肉類、家禽和蛋類，生產(chǎn)者對有效應用此類方法的興趣正在增加?，F(xiàn)有的文獻證明人們對與宿主相關的微生物生態(tài)學領域的研究正大幅增加（圖1）。從實驗室和現(xiàn)場實驗中獲得的經(jīng)驗教訓將能夠使我們最大限度地提高家禽的產(chǎn)量和動物的健康水平。將分子工具和傳統(tǒng)培養(yǎng)技術結合起來以研究腸道生態(tài)系統(tǒng)，使我們能夠揭示影響全息生物功能的相互作用。

2 腸道微生物菌群組成

雞腸道內微生物菌群的組成不是一成不變的，而是表現(xiàn)出隨家禽年齡的變化會出現(xiàn)短暫變化的現(xiàn)象，并且不同腸道區(qū)域的微生物菌群組成會出現(xiàn)相應的空間差異的特性（Pedroso等，2012）。在家禽的生命早期，其腸道微生物的組成似乎更容易受到宿主因素（如年齡和品種因素）的影響（Lumpkins等，2010），而日糧等外部因素的影響相對較弱。了解這些差異對設計能夠降低病原體影響并提高生產(chǎn)效率的策略可能很重要。

3 腸道微生物菌群組成的暫時變化

3.1 出雛前階段

種蛋的蛋殼已進化成為能夠抵御微生物入侵的一道壁壘（Gast和Holt，2000）。然而，保護蛋殼的角質層可能會被降解，這會導致微生物穿透蛋殼侵入到種蛋內部（Cook，2003）。從管理的角度來看，這種情況可能會發(fā)生于種蛋剛產(chǎn)出后、處于產(chǎn)蛋箱時、用傳送帶輸送時或處于集蛋平臺上時。因此，微生物依然可能會以不同于其在哺乳動物中的方式從母雞垂直傳播給雛雞。致病微生物如沙門氏菌、大腸桿菌、支原體和彎曲桿菌都可以在家禽中進行垂直傳播（Doyle和Erickson，2006；Methner等，1995；Okamura等，2007）。對沙門氏菌和支原體進行的研究表明細菌可以存在于家禽的卵巢內，于是有人認為有益微生物也可以發(fā)生垂直傳播的假設似乎也是合理的。我們通過解剖母雞的生殖道可以發(fā)現(xiàn)，胚胎很可能在蛋殼形成之前就已接觸了微生物。在胚胎發(fā)育過程中，微生物很有可能已在胚胎的腸道內定植了，特別是當胚胎開始攝取羊水時。另外，如果微生物出現(xiàn)在卵黃囊中，那么它們可能在胚胎發(fā)育過程中，在卵黃囊回縮入腸道后被帶入體內。胚胎感染細菌不一定是致命的，事實上在篩選致病菌株時就是用微生物對雞胚進行攻毒（Maurer等，2002）。有報道稱，在家禽胚胎中發(fā)現(xiàn)了活的細菌，不過分子檢測已證實這些微生物的多樣性很低，這表明它們是家禽腸道中的早期菌群（Pedroso等，2006，2008）。人們在胚胎中檢測到與梭菌屬、丙酸桿菌屬和乳酸桿菌屬相關的菌種，這表明這些微生物可能是從由母雞垂直傳播給雛雞的，即使在商品化生產(chǎn)條件下這種情況也會發(fā)生。

3.2 育雛期

雛雞出雛后會立即接觸周圍環(huán)境中的微生物。商用種蛋孵化器是雛雞污染微生物的一個源頭，這使得它們在含有可能不具有共生效應的微生物的環(huán)境中出雛（Cason等，1994；Cox等，1991）。雛雞的進食和飲水也會導致更多的微生物被快速地攝入體內。事實上，抓捕、運輸和接種疫苗的過程均有助于商業(yè)化生產(chǎn)條件下的家禽的腸道微生物菌群發(fā)生變化。在雛雞被運送至家禽養(yǎng)殖場的那一刻，其腸道中已有了一個有明顯結構特性的微生物菌群（Pedroso等，2005）。腸道微生物菌群的這種構建形成十分迅速，并且幼齡雛雞腸道中的菌種在育成期結束時可能仍然存在（Yin等，2010）。因此，這會提出一個特別嚴峻的問題，即雛雞腸道中早期定植的菌群（如沙門氏菌和彎曲桿菌）在食品安全上是否也具有十分重要的意義。許多研究表明食源性病原體最容易在雛雞出雛后的第1周在雛雞腸道中定植成功（Nurmi等，1992；Wagner，2006），因為此時雛雞腸道環(huán)境正處于迅速變化之中，內部的微生物菌群缺乏多樣性且極不穩(wěn)定。

在采用厚墊料的家禽養(yǎng)殖場，雛雞將暴露于高度多樣化的環(huán)境中，這會大大增加雛雞腸道內微生物菌種的數(shù)量。在此期間，幼齡雛雞盲腸微生物菌群組成相對簡單，且與小腸中的微生物菌群組成非常相似（Lu等，2003），這表明腸道尚未在空間環(huán)境上形成各種間隔。在3日齡時，雛雞的回腸微生物菌群大部分是周圍環(huán)境中的細菌（Lu等，2003），特別是當雛雞采用厚墊料飼養(yǎng)時（Cressman等，2010）；然而，7日齡雛雞的回腸黏膜微生物以乳酸桿菌為主，其次為未分類的毛螺菌和腸球菌（Cressman等，2010）。2周齡后，雛雞的盲腸和小腸微生物發(fā)育成有明顯差異的菌群。這可能要歸功于腸道空間環(huán)境的成熟，包括pH、氣體（O2、CO2和H2）、表面活性劑、滲透壓、底物和細菌代謝物[如短鏈脂肪酸（Short Chain Fatty Acids，SCFA）]的差異。

3.3 生長期

現(xiàn)有的許多報道都揭示了生長期雞回腸微生物菌群的組成（Cressman等，2010；Czerwinski等，2012；Lin等，2013；Lu等，2003；Pissavin等，2012；Sun等，2013； Zhao等，2013）。例如Nakphichit等（2011）發(fā)現(xiàn)，在生長期雛雞的小腸中，乳酸桿菌的含量最豐富，自21日齡開始至42日齡，乳酸桿菌的多樣性不斷增加。21日齡時，唾液乳桿菌、約氏乳桿菌、羅伊氏乳桿菌、口乳桿菌和卷曲乳桿菌出現(xiàn)在雛雞小腸中。3周后，格氏乳桿菌、L. equi、唾液乳桿菌、脆弱乳桿菌、鳥乳桿菌、約氏乳桿菌和羅伊氏乳桿菌大量出現(xiàn)在小腸中。這些研究表明，雖然乳桿菌是小腸微生物菌群的主導細菌，但隨著家禽年齡的增長，一系列菌種和菌株會出現(xiàn)在腸道中。相反，使用傳統(tǒng)培養(yǎng)技術進行的研究發(fā)現(xiàn)了一個由鏈球菌、葡萄球菌、乳酸桿菌、大腸桿菌、真桿菌、丙酸桿菌和梭菌組成的腸道菌落（Salanitro等，1978），這說明了利用傳統(tǒng)平板培養(yǎng)方法研究腸道菌群組成存在一定的局限性（Pedroso等，2012）。Lu等（2003）發(fā)現(xiàn)，肉雞回腸中梭狀芽孢桿菌的數(shù)量自育雛期開始至生長期不斷增加，并且在育成期結束時達到最大豐度（Gong等，2008）。

未完，待續(xù)。