群体效应对优化肠道健康和生产性能影响的研究

周美丽 译自International Poultry Production, Vol. 24 (2016), №3∶ 11, 13夏俊花 校 罗静如 制图

群体效应对优化肠道健康和生产性能影响的研究

周美丽 译自International Poultry Production, Vol. 24 (2016), №3∶ 11, 13夏俊花 校 罗静如 制图

肠道健康是影响家畜获得最佳生产效率和利润率的几个重要因素之一，已有越来越多的证据表明，肠道微生物区系在动物健康和疾病控制方面发挥着核心作用。因此，一些饲料添加剂就是专为改善肠道健康而特意研发的。

数量众多的植物性化学物质，如以干草药、植物提取物或精油等形式加入动物饲料，已有报道称对很多指标具有正面影响，如消化、血压、抗炎性及护肝。因此，若想合理地开发出一种植物性饲料添加剂混合物，则具有一定挑战性：如何从大量植物衍生物中筛选出一些物质，它们中的每一种均能引发一些生理性反应，且能最大限度地改善动物健康和生产性能。

1 肠道微生物区系

一些旨在用于改善家畜肠道健康和生产性能的植物性饲料添加剂，正转向作用于肠道微生物区系组成及其活性。这可以用以下事实进行解释：目前，有证据表明肠道微生物区系在维持动物的一些器官和组织 (包括消化道) 的健康上发挥着关键性作用。在过去，人们认为肠道微生物组成主要影响人类和动物的健康，而现在人们越来越清晰地认识到菌群能直接和间接地影响一些组织和器官的发育及其功能，如：肠细胞、与肠道相关的淋巴组织、肝及大脑。

在对会影响肠道菌群的成份(如植物源性组分)进行筛选时，许多饲料添加剂生产商依赖于能够证明其杀菌效果的体外试验结果。然而，这些植物性成分在动物的消化道中以远低于抑菌(致病菌)所需最低浓度存在时将失去活性。

因此，一种对饲料添加剂组份更具可靠性的筛选方法，是以植物性组份在更低浓度下的作用效果作为判定依据，这可能是调控体内菌群活性、提高肠道健康上最中肯的方法。

2 群体效应

图1中所示的植物性饲料添加剂潜在的作用机制之一，可能是它们对细菌群体效应(Quorum Sensing，QS)的影响。

细菌会持续分泌QS信号，从而使它们的行为同步化。更具体而言，当某一环境中某种细菌或菌群的数量(群体)增加时，它们所分泌的QS信号强度也将增大(图1)。

如果这些分子的水平达到特定阈值，它将激活细菌体内的QS依赖型信号通路，导致产生与致病性相关的生化反应，如产生毒素。

因此，可以阻断QS的化合物在人类医学研究中因其在低浓度下的作用和细菌对这些非致命性分子耐药性的低概率发生而作为抗生素替代品得到越来越多的研究。

除了QS信号在人类疾病治疗方面的作用外，动物源性致病菌，如梭状芽胞杆菌(Clostridium perfringens)、叶尔森氏鼠疫杆菌假结核病(Yersinia pseudotuberculosis)和沙门氏菌(Salmonellaenterica)的相关知识也正在逐步增加。另外，调控胃肠道中细菌的QS作为控制肠道微生物活性及其组成、进而影响动物的健康和畜牧学性能的方法，已经引发人们的极大兴趣。

3 将QS用作筛选原料的工具

在开发一种新型肉鸡用饲料添加剂APEX 5时，我们已经将QS用作筛选高活性化合物的一种工具。

最初从植物提取物和其他原材料着手，我们已有证据表明它们对消化、抗氧化及免疫调控均有正面影响，但仍有大量有潜力的原材料有待筛选。如我们希望这些新添加剂对肠道微生物活性及其组成有显著的作用，我们需要依赖QS试验来确定APEX 5的最终组成成分。

第一步(图2)，我们根据其对两种类型QS的抑制能力筛选植物的单种组份或混合物。具体如下：获取这些组份的提取物，确定它们对不同报告菌株的最小抑菌浓度值(MIC)，并以低于它们MICs值的浓度将它们添加到这些菌株的培养基中进行培养。

随后，报告菌株的QS依赖性读数(当QS活跃时所发出的荧光信号)与在添加提取物且经培养后的QS依赖性读数进行比较。

下一步，我们选择具有最佳性能的植物性提取物，并经系列稀释后在更低浓度下进一步检测QS抑制作用。

值得注意的是，我们发现抑制QS的能力和这些物质的MIC值并不相关。

从图2B中我们发现，和其他两种被测化合物相比，植物-34具有最高的MIC值。但是，在最低浓度时QS信号强度减半。

基于上述结果，我们选择一种植物混合物，以一种简易的方法在体外模型中进行测试：极小的秀丽隐杆线虫(C. elegans)用伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)感染。值得注意的是我们不能用此方法在肉鸡上评估植物源性组分降低沙门氏菌的能力。

然而，我们发现沙门氏菌能够定植在秀丽隐杆线虫(C. elegans)的消化道内，最终以产生会影响这些线虫活力的QS依赖性毒素告终。

秀丽隐杆线虫(C. elegans)可在如下培养基中生长：有或无沙门氏菌和有或无植物提取物添加剂(图3)。

我们发现，当植物源性组分以不会影响沙门氏菌生长的低浓度添加时，它能显著提高线虫的存活率。

假如沙门氏菌感染所引发的死亡率是QS依赖型的，并且这些植物源性组分在体外能够抑制QS，那么可以假设这一结果可以利用植物源性组分的QS抑制作用来进行解释。

4 对肠道健康及其性能的影响

随后，设计了多项田间试验，以评估给肉鸡饲喂植物源性组分的效果。结果发现，家禽采食APEX 5后，其肠道微生物组成向一种通常能够提高肠道健康状况的方向发展(图4)。与上述结果一致，处理组肉鸡的畜牧学特性好于对照组肉鸡(图5)。

5 结论

肠道微生物对动物健康及其生产性能极其重要。因此，包括植物产品在内的一些饲料添加剂已经商业化生产，用来调控肠道微生物，维持肠道健康。

体外试验是开发此类植物源性产品的有用工具。除了根据其抑菌效果进行筛选外，也有人提出可以考虑在更低浓度下发挥作用的生物活性，如肠道细菌QS的调控作用。

QS在生产动物上的重要性目前尚不完全清楚，并且在消化道内抑制QS的能力及结果有待进一步研究。

然而，重要的是要探索植物源性组分在低浓度下所发挥的作用，如：对此类研究而言，QS是可以考虑的一种极具应用前景的工具。

我们已经将QS分析用作研发植物源性饲料添加剂的工具，随后的分析已经表明，它能够提高肠道健康指标和动物生产性能。□□

原题名：Exploring quorum sensing to optimise gut health and performance(英文)

原作者：Tim Goossens 博士(比利时Nutriad公司业务拓展经理)

S816

C

1001-0769(2016)11-0041-03