噬菌体在饲料中的应用及研究进展

袁玉玉 ，丛聪，渠坤丽，李晓宇,2,4，王丽丽,2,4，李淑英，徐永平,,*

(1 大连理工大学生命科学与技术学院，辽宁大连 116024；2 动物性食品安全保障技术教育部工程研究中心，辽宁大连 116600；3 大连赛姆生物工程技术公司, 辽宁大连 116620；4 辽宁省大连赛姆噬菌体应用工程技术研究中心，辽宁大连 116600)

1 前言

畜牧业抗感染药物是目前全球最大市场之一，全球每年用于禽畜养殖业的抗生素约为抗生素消耗总量的50%，近20年来由于抗生素滥用导致的耐药菌和抗生素残留等问题日益严重。据调查，给动物使用的抗生素中约75%没有被完全消化，最终进入环境[1]，这些抗生素可随食物链进入人体。自2006年欧洲禁止在动物饲料中使用抗生素作为生长促进剂以来，大量已经发表的研究描述了抗生素替代品的各种策略，以促进畜禽生长及预防疾病[2]。在这些替代品中，噬菌体被认为是抗生素生长促进剂的合适替代品，受到了极大的关注[3]。

2 噬菌体应用于禽类饲料

多年来，沙门菌被欧盟认定为第二常见食源性致病菌[4]，由沙门菌引起的人类胃肠道疾病是一项重要的公共卫生问题，生产性动物(Production animals)已被确定为人畜共患肠道致病菌(包括沙门菌)的重要来源。抗生素对减少家禽的沙门菌起重要作用，但近年来，公众意识到动物性产品是耐药菌产生的重要源头，家禽生产商对用于饲料中的抗生素替代品越来越感兴趣[5]。Kim等[6]进行了噬菌体饲喂实验，将肠炎沙门菌噬菌体添加至基础日粮中；实验数据显示，噬菌体组鸡的肝脾、腹部脂肪和胸部肌肉的相对重量比其他组略高，鸡死亡率和盲肠肠炎沙门菌浓度都随噬菌体浓度增加而呈线性下降趋势(P＜0.05)。整体研究结果表明，噬菌体可减少肠炎沙门菌感染鸡的死亡率，且对鸡的生长和肉类产品不会产生负面影响。Lim[7]等从污水中分离出宽裂解谱沙门菌噬菌体，并将该噬菌体作为饲料添加剂饲喂给雏鸡；数据显示，109PFU/g噬菌体组中70%的鸡没有被检测出肠道沙门菌。研究表明，噬菌体治疗可有效防止肠炎沙门菌的水平传播。另外，Lim等还研究了鸡沙门菌特异性噬菌体在饲料中的应用。以6周龄的鸡为实验对象，攻菌后3周，观察死亡率，定期从肝脏、脾脏和盲肠中分离鸡沙门菌。结果显示，饲喂噬菌体组鸡的器官中再分离鸡沙门菌减少、死亡率显著下降(P＜ 0.05)[8]。Joan等将沙门菌噬菌体包封在脂质体中，该制剂可以在4℃下储存至少3个月，并且可以加入饮用水和动物饲料[9]。

人弯曲菌病是一种急性细菌性肠炎，被认为是全球性公共卫生问题，而鸡肉是人弯曲菌病的重要来源之一。Carvalho等将用掺入噬菌体鸡尾酒的饲料饲喂实验鸡，每隔一段时间收集所有鸡的粪便，对空肠弯曲杆菌和噬菌体进行计数。实验结果显示，通过饲料饲喂的噬菌体可以在鸡体内复制，从而减少鸡空肠弯曲杆菌菌群。产气荚膜梭菌是一种产芽孢厌氧菌，该菌是最常见的人类食源性病原菌之一[10]，也是坏死性肠炎主要病因之一，因此产气荚膜梭菌在养禽业是经济重要型禽病原菌[11,12]。Miller等研究了噬菌体鸡尾酒在控制产气荚膜梭菌坏死性肠炎中的效用；结果证明，噬菌体通过口服灌胃、饲料或饮水都可以显著降低鸡的死亡率(P＜ 0.05)，鸡的增重和饲料转化率都显著好于对照组。实验数据表明，通过饮水或饲料给予肉鸡噬菌体INT-401可能会有效控制产气荚膜梭菌引起的坏死性肠炎，也可能会改善临床或亚临床坏死性肠炎鸡的增重和饲料转化率[13]。

另外，也有关于通过添加性噬菌体提高鸡生产性能的报道。Zhao等通过实验证明添加性噬菌体对蛋鸡产蛋量、蛋清和粪便菌群浓度、蛋品质、粪便菌群和含水量的影响；数据显示，噬菌体组(日粮中添加噬菌体)蛋鸡产蛋量比基础日粮组更高(P＜0.05)，且噬菌体浓度越大，蛋鸡产蛋量越高；与基础日粮组相比，噬菌体组蛋鸡排泄物中大肠埃希菌和沙门菌浓度下降(P＜0.05)[14]。Wang等评估了饲料中添加噬菌体对肉雏鸡生长性能、血液特征、器官相对重量、胸肌质量和粪便微生物的影响；整个试验过程中，雏鸡体增重和采食量并没有受到饮食质量的影响。结果显示，噬菌体组(日粮中添加噬菌体)雏鸡的相对肝重增加(P＜0.05)，该组雏鸡的乳酸菌数目比基础日粮组和抗生素组(日粮中添加抗生素)高(P＜0.05)。另外，一些病原菌也受到噬菌体的抑制[15]。

这些结果为预防和控制鸡沙门菌感染提供重要策略，也表明噬菌体可减少沙门菌食物中毒的发生率。噬菌体可能是预防禽细菌性感染的一种新型、安全、合理有效的抗生素替代品。

3 噬菌体应用于猪饲料中

根据欧洲食品安全局/欧洲疾病管制局最新报道，猪肉及其相关产品作为人畜共患病的载体，成为与人类沙门菌病最相关的肉类[16]。另外，耐药菌的产生既给养猪业带来巨大经济损失又威胁人类健康，噬菌体无疑成为控制猪细菌性疾病强有力的候选者。

Saez等检测微囊化噬菌体鸡尾酒通过饲料饲喂时是否能保持治疗效果；实验猪随机分为3组：饲料组、口服组和对照组；结果显示，与口服组和对照组相比，饲料组猪的沙门菌脱落更少；饲料组猪回肠和盲肠内容物的鼠伤寒沙门菌浓度比对照组更小，在饲料组和口服组回肠和盲肠内容物中检测到高浓度的沙门菌噬菌体[17]。CHA等的研究证明，产肠毒素大肠埃希菌特定裂解性噬菌体CJ12在实验期间没有产生任何副作用，可以作为饲料添加剂。本实验噬菌体组猪饲喂混合饲料(噬菌体与饲料比例为1:1000)，初次攻菌后d3，噬菌体组对产肠毒素大肠埃希菌感染性腹泻表现出比对照组更强的抗性。噬菌体组粪便产肠毒素大肠埃希菌数量比对照组平均低62.32%，且在噬菌体组中成功从粪便中分离出噬菌体[18]。Lee等研究了膳食补充性噬菌体对感染产肠毒大肠埃希菌K88断奶仔猪的治疗作用。仔猪平均日增重、粪便一致性评分、空肠大肠埃希菌粘附评分、血清肿瘤坏死因子-α浓度、结肠食糜pH值、回肠和结肠杯状细胞密度和回肠绒毛高度与隐窝深度比测评结果显示，噬菌体组仔猪的大肠埃希菌感染状况显著缓解(P＜ 0.10)。总体而言，噬菌体性日粮添加剂可有效缓解断奶仔猪ETEC K88急性感染症状[19]。

关于噬菌体提高猪生产性能的研究也有相关报道：

Hosseindoust等调查了在不同环境中噬菌体对断奶仔猪生长性能、消化性能、回肠和盲肠的微生物群、肠道形态及免疫力的影响。结果显示，卫生环境中，噬菌体组(日粮中含有噬菌体)仔猪盲肠(P＜0.01)和回肠(P＜0.05)梭状芽孢杆菌、回肠大肠埃希菌群(P＜0.01)的数量减少。噬菌体组仔猪回肠乳酸菌和盲肠双歧杆菌增加，回肠双歧杆菌也有增加趋势(P= 0.08)。污染环境降低了回肠乳酸菌(P=0.08)和盲肠双歧杆菌(P= 0.08)的增加率[20]。

Kim等研究了噬菌体、益生菌和噬菌体加益生菌作为膳食补充剂对断奶仔猪生长性能和肠道健康的影响。将200只断奶仔猪随机分为基础日粮组、基础日粮+益生菌发酵产品组、基础日粮+噬菌体鸡尾酒组和基础日粮+益生菌发酵产品+噬菌体鸡尾酒组。结果显示，饲喂噬菌体的仔猪的整体平均日增重、增益与进给比、粪便评分都有所增加，仔猪大肠菌群和梭状芽孢杆菌减少，益生菌的增益比和回肠中的乳酸菌显著增加。目前的研究结果表明，噬菌体鸡尾酒有增强断奶仔猪生长性能和肠道健康的潜力，但与益生菌组合并没有显示相互作用[21]。

Yan等研究了噬菌体作为饲料补充对生长猪生产性能的影响；结果表明，与比饲喂基础日粮组的猪相比，饲喂补充性噬菌体组猪的氮消化率和干物质消化率都较高(P＜0.05)；另外，观察治疗中猪的红细胞、白细胞、淋巴细胞浓度和粪便中的水分，结果是无显著性差异(P＞0.05)；研究表明，在生长猪中，0.5g/kg的噬菌体可作为抗生素替代品[22]。

4 噬菌体水产养殖业饲料中的应用

集约化的水产养殖方式增加了细菌性疾病发生率，给水产养殖业带来巨大损失。现有消毒技术(过滤、臭氧、紫外线等)无法为水产养殖场提供无菌的环境[23]。同时，随着一些经济型重要病原体的进化抗性，抗生素的使用越来越过时，人们开始研究一些环境友好型的解决方法，噬菌体作为抗生素替代品越来越受到关注。到目前为止，噬菌体已经被应用于众多鱼类细菌性疾病的防治，并取得积极的结果[24,25]。

Park等评价了噬菌体浸渍饲料后对香鱼变形假单胞菌感染的治疗作用；实验发现短尾噬菌体PPp-W4的治疗效果好于肌尾噬菌体PPpW-3，且两株噬菌体混合后的作用效果更好。噬菌体PPpW-3/W-4饲喂组和对照组香鱼死亡率分别为20.0%和93.3%。鱼池现场试验中，在自然感染变形假单胞菌的鱼池中添加PPpW-3/W-4浸泡的饲料，发现鱼的死亡率以恒定每日5%的速率下降到1/3。在长期饲喂含噬菌体饲料的健康鱼肾脏中发现噬菌体，且该鱼的身体里没有变形假单胞菌；从这些结果可以发现，噬菌体浸泡饲料具有控制细菌性疾病的潜力[26]。

另外，Park等认为噬菌体是细菌性疾病控制的候选药物。他们分离了两株变形假单胞菌噬菌体，将噬菌体浸渍的饲料口服施用以保护实验性感染变形假单胞菌的香鱼；实验结果显示，在使用噬菌体的鱼的肾脏中能检测到噬菌体，且病原菌消失；在噬菌体存在的情况下淡水中的细菌数量明显下降，而噬菌体的数量快速增加[27]。

5 展望

综上所述，噬菌体作为饲料添加剂不仅可以限制抗生素的使用，更能作为益生菌和抗生素的辅助治疗剂。值得注意的是，噬菌体在提高动物生产性能方面也起到一定作用，笔者分析，原因在于噬菌体可以防控细菌性疾病，因而避免了细菌感染对动物生长造成的影响，最终的结果是动物生产性能有所提高。噬菌体作为抗生素替代品来防控细菌性疾病是备受关注的研究方向，随着科研人员对噬菌体深入的研究，噬菌体作为饲料添加剂必定会为畜牧和水产养殖业的健康稳定可持续发展做出重要贡献。