鸡消化道微生物菌群的组成及作用机理

韩浩月

摘 要：自发现了可以研究动物肠道微生物的技术以来，家禽消化道的微生物菌落一直是人们研究的对象。对于肠道微生物菌群的营养和生理需求，我们所掌握的知识很有限，仅限于了解可以在实验室条件下轻易培养的那些菌种。在分子技术得到运用之前，这些结果掩盖了鸡肠道微生物菌群的真实组成及其行为，这些分子技术包括聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）、变性梯度凝胶电泳（Denaturing Gradient Gel Electrophoresis，DGGE）、末端限制性片段长度多态性（Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism，T-RFLP）分析、克隆和测序等方法。当DNA测序技术变得更为廉价且耗时更少时，人们对肠道微生物菌群实际组成的研究取得了重大进展。研究人员揭示了肠道微生物菌群（包括未经培养的微生物）的真实组成，并提出了其在鸡生理学中作用的新见解。本文我们将讨论家禽肠道微生物菌群组成及其对肠道内环境稳定以及肠道发育、分化和成熟的影响。此外，我们还将介绍改变肠道微生物菌群组成会怎样改善营养物质的吸收和怎样改变可以影响肠道功能的黏蛋白层组成。学术界在这方面已经取得了重大研究进展，未来的研究是要阐明肠道微生物对家禽生理的影响机制。未来家禽生产上的发展将包括专为获得特定作用设计的微生物调节剂。

关键词：微生物菌群；微生物区系；微生物组；肠道；全息生物；体内平衡；分化；黏蛋白；益生素

中图分类号：S811.6 文献标志码：C 文章编号：1001-0769（2018）05-0047-03

1 重要性

“共生生命体（holobiont）”是为描述由片利共生和互利共生以及宿主相关微生物菌群组成的脊椎动物超有机体创造的术语（Singh等，2013b；Walter等，2013）。宿主要发挥出其最大的遗传潜力可能需要肠道微生物菌群之间的完美平衡，事实上似乎任何一种脊椎动物都可能拥有共同进化的基因组和它的微生物组（Xu和Gordon，2003）。例如，肠道微生物菌群在肠道内构建了一个会对宿主的许多机体功能产生影响的复杂环境。这些微生物对动物机体的影响包括黏蛋白的降解、控制病原体的丰度和行为、调节炎症以及刺激肠道的分化和发育，等等。在食品生产用动物的生产中，用于操控肠道微生物菌群的策略有很多，其目的都是影响营养物质的消化和吸收。另外，动物抵抗人畜共患病病原体的感染和定植的能力可能会受到肠道微生物菌群的影响。增加肠道有益微生物丰度的常用方法包括使用直饲型微生物（如益生菌）和益生元添加剂，以给动物饲喂所需要的微生物。竞争排斥性产品和抗菌剂也被用于抑制肠道中有害微生物的丰度。由于消费者希望获得更多来源的“健康”的肉类、家禽和蛋类，生产者对有效应用此类方法的兴趣正在增加。现有的文献证明人们对与宿主相关的微生物生态学领域的研究正大幅增加（图1）。从实验室和现场实验中获得的经验教训将能够使我们最大限度地提高家禽的产量和动物的健康水平。将分子工具和传统培养技术结合起来以研究肠道生态系统，使我们能够揭示影响全息生物功能的相互作用。

2 肠道微生物菌群组成

鸡肠道内微生物菌群的组成不是一成不变的，而是表现出随家禽年龄的变化会出现短暂变化的现象，并且不同肠道区域的微生物菌群组成会出现相应的空间差异的特性（Pedroso等，2012）。在家禽的生命早期，其肠道微生物的组成似乎更容易受到宿主因素（如年龄和品种因素）的影响（Lumpkins等，2010），而日粮等外部因素的影响相对较弱。了解这些差异对设计能够降低病原体影响并提高生产效率的策略可能很重要。

3 肠道微生物菌群组成的暂时变化

3.1 出雏前阶段

种蛋的蛋壳已进化成为能够抵御微生物入侵的一道壁垒（Gast和Holt，2000）。然而，保护蛋壳的角质层可能会被降解，这会导致微生物穿透蛋壳侵入到种蛋内部（Cook，2003）。从管理的角度来看，这种情况可能会发生于种蛋刚产出后、处于产蛋箱时、用传送带输送时或处于集蛋平台上时。因此，微生物依然可能会以不同于其在哺乳动物中的方式从母鸡垂直传播给雏鸡。致病微生物如沙门氏菌、大肠杆菌、支原体和弯曲杆菌都可以在家禽中进行垂直传播（Doyle和Erickson，2006；Methner等，1995；Okamura等，2007）。对沙门氏菌和支原体进行的研究表明细菌可以存在于家禽的卵巢内，于是有人认为有益微生物也可以发生垂直传播的假设似乎也是合理的。我们通过解剖母鸡的生殖道可以发现，胚胎很可能在蛋壳形成之前就已接触了微生物。在胚胎发育过程中，微生物很有可能已在胚胎的肠道内定植了，特别是当胚胎开始摄取羊水时。另外，如果微生物出现在卵黄囊中，那么它们可能在胚胎发育过程中，在卵黄囊回缩入肠道后被带入体内。胚胎感染细菌不一定是致命的，事实上在筛选致病菌株时就是用微生物对鸡胚进行攻毒（Maurer等，2002）。有报道称，在家禽胚胎中发现了活的细菌，不过分子检测已证实这些微生物的多样性很低，这表明它们是家禽肠道中的早期菌群（Pedroso等，2006，2008）。人们在胚胎中检测到与梭菌属、丙酸杆菌属和乳酸杆菌属相关的菌种，这表明这些微生物可能是从由母鸡垂直传播给雏鸡的，即使在商品化生产条件下这种情况也会发生。

3.2 育雏期

雏鸡出雏后会立即接触周围环境中的微生物。商用种蛋孵化器是雏鸡污染微生物的一个源头，这使得它们在含有可能不具有共生效应的微生物的环境中出雏（Cason等，1994；Cox等，1991）。雏鸡的进食和饮水也会导致更多的微生物被快速地摄入体内。事实上，抓捕、运输和接种疫苗的过程均有助于商业化生产条件下的家禽的肠道微生物菌群发生变化。在雏鸡被运送至家禽养殖场的那一刻，其肠道中已有了一个有明显结构特性的微生物菌群（Pedroso等，2005）。肠道微生物菌群的这种构建形成十分迅速，并且幼龄雏鸡肠道中的菌种在育成期结束时可能仍然存在（Yin等，2010）。因此，这会提出一个特别严峻的问题，即雏鸡肠道中早期定植的菌群（如沙门氏菌和弯曲杆菌）在食品安全上是否也具有十分重要的意义。许多研究表明食源性病原体最容易在雏鸡出雏后的第1周在雏鸡肠道中定植成功（Nurmi等，1992；Wagner，2006），因为此时雏鸡肠道环境正处于迅速变化之中，内部的微生物菌群缺乏多样性且极不稳定。

在采用厚垫料的家禽养殖场，雏鸡将暴露于高度多样化的环境中，这会大大增加雏鸡肠道内微生物菌种的数量。在此期间，幼龄雏鸡盲肠微生物菌群组成相对简单，且与小肠中的微生物菌群组成非常相似（Lu等，2003），这表明肠道尚未在空间环境上形成各种间隔。在3日龄时，雏鸡的回肠微生物菌群大部分是周围环境中的细菌（Lu等，2003），特別是当雏鸡采用厚垫料饲养时（Cressman等，2010）；然而，7日龄雏鸡的回肠黏膜微生物以乳酸杆菌为主，其次为未分类的毛螺菌和肠球菌（Cressman等，2010）。2周龄后，雏鸡的盲肠和小肠微生物发育成有明显差异的菌群。这可能要归功于肠道空间环境的成熟，包括pH、气体（O2、CO2和H2）、表面活性剂、渗透压、底物和细菌代谢物[如短链脂肪酸（Short Chain Fatty Acids，SCFA）]的差异。

3.3 生长期

现有的许多报道都揭示了生长期鸡回肠微生物菌群的组成（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）发现，在生长期雏鸡的小肠中，乳酸杆菌的含量最丰富，自21日龄开始至42日龄，乳酸杆菌的多样性不断增加。21日龄时，唾液乳杆菌、约氏乳杆菌、罗伊氏乳杆菌、口乳杆菌和卷曲乳杆菌出现在雏鸡小肠中。3周后，格氏乳杆菌、L. equi、唾液乳杆菌、脆弱乳杆菌、鸟乳杆菌、约氏乳杆菌和罗伊氏乳杆菌大量出现在小肠中。这些研究表明，虽然乳杆菌是小肠微生物菌群的主导细菌，但随着家禽年龄的增长，一系列菌种和菌株会出现在肠道中。相反，使用传统培养技术进行的研究发现了一个由链球菌、葡萄球菌、乳酸杆菌、大肠杆菌、真杆菌、丙酸杆菌和梭菌组成的肠道菌落（Salanitro等，1978），这说明了利用传统平板培养方法研究肠道菌群组成存在一定的局限性（Pedroso等，2012）。Lu等（2003）发现，肉鸡回肠中梭状芽孢杆菌的数量自育雏期开始至生长期不断增加，并且在育成期结束时达到最大丰度（Gong等，2008）。

未完，待续。