1、丁酸梭菌的研究与应用热点目录1 丁酸梭菌的生物学特性 .21.1 分类及形态学特性 .21.2 培养和生化特性 .21.3 稳定性 .31.4 药物敏感性 .32 丁酸梭菌的生物学功效 32.1 调节肠道微生态平衡, 促进肠道有益菌群增殖 32.2 增强免疫功能,促进动物的生长 .32.3 产生益生物质.42.4 其它功效 53 丁酸梭菌的特点 53.1 稳定性好 53.2 丁酸梭菌可以单独使用,可以和多种菌种合用,也可与多种抗生素合用 63.3 保存时间长 .64 丁酸梭菌的作用机理 64.1 促进益生菌生长 .64.2 抑制有害菌生长 .64.3 提高非特异性免疫功能和抗氧化功能 64.4
2、 产生多种酶类,合成多种维生素 .64.5 去亚硝酸盐、降氨氮,降低 COD 和 PH 值含量,缓解舍内空气质量 .75 益生丁酸梭菌的研究进展 75.1 日本 75.2 我国 76 丁酸梭菌的应用 77 饲用丁酸梭菌制剂应用中存在问题及发展 .118 展望 11丁酸梭菌又名酪酸菌,在自然界中主要存在于奶酪、天然酸奶、人与动物粪便及土壤中。丁酸梭菌作为微生态制剂的研究是由日本千叶医科大学宫入近治博士(1933)首先发现并报告的,又叫宫入菌。1935 年,Kingi miyairi 博士从人的粪便和土壤中分离出丁酸梭菌,随后发现其厌氧培养的过滤物中含有较少的脂肪酸,具有极强的整肠作用,它可抑制肠
3、道中的致病菌,促进肠道中有益菌如双歧杆菌和乳杆菌的生长。丁酸梭菌具有耐热、耐酸及耐受多种抗生素等特点,是一种较理想的具有广泛开发前景的微生态制剂(黄俊等,2004)在畜禽饲料中添加饲用丁酸梭菌制剂,对于减少当前饲料中抗生素产品的滥用、减少药物在肉品中的残留、降低动物细菌的耐药性和保障动物健康有着重要的意义。丁酸梭菌来源于日本某株式会社,属于梭菌属,为革兰氏阳性厌氧芽孢杆菌,菌体形状为梭状芽孢杆菌,菌体为直或微弯,孢子圆形或椭圆形,为内生芽孢。丁酸梭菌具有微生态制剂的所有功能,但又超越微生态制剂,与目前广泛应用的芽孢或非芽孢类活菌相比,更具广阔的市场前景。1 丁酸梭菌的生物学特性1.1 分类及形
4、态学特性丁酸梭菌是一种厌氧的革兰阳性芽孢杆菌,呈直杆状或稍有弯曲,单个或成对,短链,偶见有丝状菌体,菌体灰白色,呈煎蛋样,中间隆起。细菌直径为(06 12)X(37) m,两端钝圆,中间部分轻度膨胀,周身鞭毛,具有运动性。孢子卵圆,偏心或次端生。革兰染色初培养的菌为阳性,后期培养可变为革兰阴性。1.2 培养和生化特性丁酸梭菌在液体培养基中培养,培养初期试管上部呈轻微浑浊,产生大量的气体,后期沉淀较多。平板划线培养 31,24 h,可见直径 1.23 mm 菌落,正面圆形,边缘整齐,侧面低凸,表面湿润光滑,乳黄色,不透明,略有酸臭味。最适生长温度 25-37 oC,最适 pH4-9.8。丁酸梭菌
5、细胞壁含 DL 一二氨基庚二酸,葡萄糖是唯一的细胞壁糖。在琼脂平板上形成白色或奶油色的不规则圆形菌落,稍突,直径为 l3 mm。丁酸梭菌不水解明胶,不消化血清蛋白,能够发酵葡萄糖、蔗糖、果糖和乳糖等糖类产酸,一个显著的特征是产生淀粉酶,水解淀粉但不水解纤维素。水解淀粉和糖类的最终代谢产物为丁酸、乙酸和乳酸,还发现有少量的丙酸和甲酸,硝酸盐还原试验均为阴性。丁酸梭菌 DNA 的 G+C 含量的摩尔分数为 2728。从粪便中分离的丁酸梭菌一拜氏梭菌杂交菌株还含有果胶酸裂解酶,其能降解肠道内的果胶酸为中间产物寡聚半乳糖(OA)和 4,5 一不饱和半乳糖醛酸(DA),OA 最终分解成挥发性的短链脂肪酸
6、一乙酸、少量丁酸和甲酸,DA 则完全分解为乙酸和甲酸。1.3 稳定性丁酸梭菌制剂中活菌是以芽孢形式存在的,对各种恶劣环境、存贮及加工运输过程中的高温、高湿、酸性、机械磨擦和挤压等因素具有很强的稳定性。经 80 cl=、30 min 和 90 、10 min 热处理后全部存活;加热 9020 min 后,95存活;加热 1005 min 后 30存活。耐热,耐酸,pH 为 l 一 5 时仍能存活,能耐受胃液、胆汁酸和消化液;pH 为 498 时适合其生长。其固体活菌制剂在室温和干燥情况下保存超过 3 年,未见活菌显著减少。因此,丁酸梭菌能够抵抗饲料加工过程中的高温、高热及其胃肠道酸性环境,与目前
7、广泛应用的非芽孢类活菌制剂相比更具市场竞争力。1.4 药物敏感性丁酸梭菌具有很强的耐药性,可与某些抗生素同时使用,不干扰其他细菌感染的治疗。经多次抗生素药物敏感试验,丁酸梭菌对头孢立新、氨苄西林、羟氨苄西林、强力霉素、链霉素、多黏菌素 E、交沙霉素、红霉素、沽霉素、环丙沙星、阿米卡星、庆大霉素、磺胺甲硝唑、尤其是氨基糖苷类抗生素和吡哌酸均不敏感,只对新生霉素、先锋霉素、万古霉素和四环素等少数几种抗生素敏感。因此,丁酸梭菌作为微生态制剂在临床上可与某些抗生素联合应用,避免长期大量应用抗生素给动物及人类的身体健康带来危害;在目前饲料中普遍添加抗生素的情况下仍能发挥效能,明显有别于双歧杆菌和乳酸杆菌
8、等非芽孢类微生态制剂。2 丁酸梭菌的生物学功效2.1 调节肠道微生态平衡, 促进肠道有益菌群增殖肠道菌群失衡会导致各种疾病的发生,丁酸梭菌具有防止病原菌及腐败菌在肠道内的异常增殖和促进肠道有益菌群增殖、发育的双重作用,从而纠正肠道菌群紊乱,减少肠毒素的产生。丁酸梭菌对艰难梭菌具生物拮抗作用,初步证实是通过细胞紧密接触抑制毒性蛋白的表达,其抑制机理仍待深入研究。两种菌在体外共培养时,艰难梭菌的毒性大幅度降低甚至消失,主要是因为丁酸梭菌芽孢萌发与扩增的速率是艰难梭菌的两倍,产生的短链脂肪酸更有效的抑制艰难梭菌芽孢的萌发及其生长。陈秋红等研究表明丁酸梭菌具有较强的耐高温、耐酸和耐胆盐的生物学特性,对
9、肠道致病菌大肠杆菌、沙门氏菌和志贺氏菌具较强的抑制作用,同时显著促进肠道有益菌的生长,丁酸梭菌发酵提取物分别使试验组嗜酸乳杆菌、双歧杆菌和粪链球菌的活菌数比对照组提高了 100%、93.3% 和 81.3%(P0.05) ,但耐胃酸及耐胆盐较未包埋的对照组有显著提高。最终为微胶囊化丁酸梭菌作为饲料添加剂的实际应用奠定一定的理论基础。6.2.2 改善动物的生产性能丁酸梭菌制剂能减少动物饲料中抗生素、类激素类物质的使用,改善动物的生产性能,提高禽畜肉蛋奶制品产量和鱼类的受精率、产卵量、孵化率及鱼苗成活率。家禽肠道绒毛的长度与其肠上皮细胞数量呈显著正相关。当绒毛变长时,肠上皮细胞数增多,对营养物质的
10、消化吸收能力增高。在 1 日龄 AA 肉鸡中添加 0.9% 丁酸梭菌能显著提高肠道绒毛长度,从而也能显著提高肉鸡平均日增重量,且试验组的发病率和死淘率均显著低于对照组。在肉鸡的饲料中添加适量的丁酸梭菌,盲肠消化物的 pH 和盲肠的相对长度降低显著,空肠黏膜上的碱性磷酸酶活性以及盲肠中的短链脂肪酸相对增加,暗示食用油和丁酸梭菌相互作用对肉鸡肠道产生了健康的影响。丁酸梭菌制剂可以显著提高种鸭蛋的受精率。机理是丁酸梭菌在肠道内可产生多种维生素和酶等物质,有助于促使种番鸭对钙、磷、锰、锌、铜和铁等的吸收,满足种番鸭繁殖性能的需要,提高种公鸭的精液品质及种蛋的受精率,又避免了使用抗生素而产生的种种弊端。
11、6.2.3 改善动物产品质量丁酸梭菌制剂能调节动物肠道微生态平衡以及治疗相关动物疾病,有效地减少二重感染和动物体内的药物残留;增加血中蛋白氮的含量,改善蛋白质的代谢,能降低血清中的胆固醇水平;产生各种益生物质,利于补充必需的营养,维持机体正常生理功能,促进代谢,改善畜禽渔产品质量,进而保证畜禽渔产品的质量符合生产、加工、销售及出口的标准,以冲破国际贸易上的“绿色壁垒”。当肉鸡的饲料中添加一定剂量的丁酸梭菌时,肉鸡腹部脂肪中的脂蛋白脂肪酶活力、空肠黏膜中肝型脂肪酸结合蛋白基因的表达、胸肌中的十二碳五烯酸和 n-3 不饱和脂肪酸的含量均增加显著(P0.05) ,同时肌肉的剪切力明显降低,而对于胸肌
12、中的滴水损失,饮食中的油脂(鱼油)和丁酸梭菌存在着极显著(P0.01)的交互作用,有力地证明丁酸梭菌能够改善肉制品的质量和提高胸部肌肉中必要的不饱和脂肪酸含量。7 饲用丁酸梭菌制剂应用中发展存在及问题随着微生态学理论研究的不断深入、稳定化技术和微胶囊技术在活性微生物制剂中的应用、科学水平的提高及相关问题的不断解决,人们会逐渐克服丁酸梭菌制剂在使用上的不足,将会有更多和更完善的丁酸梭菌微生态制剂被开发出来,并将越来越快地被人们所接受。日本是研究丁酸梭菌制剂历史最长和范围最广的国家,他们除开发用于整肠的药品外,还开发了丁酸梭菌液剂、粉末剂和胶囊剂等保健食品,并将其作为兽药制剂用来治疗畜禽肠道菌群紊
13、乱,提高畜禽的生产性能。我国自 1993 年起加大了对丁酸梭菌的研究和开发,在畜牧业方面的应用已取得突破性进展。2009 年 7 月,农业部批准浙江惠嘉申请的丁酸梭菌制剂(商品名:酪肠生 ),作为微生物饲料添加剂在中华人民共和国境内生产、经营和使用。该产品经急性毒性试验、致突变性检测(AMES) 试验及毒力试验,未见受试动物有异常反应和死亡。表格:部分丁酸梭菌产品信息企业 产品名 主要成分 主要功效浙江惠嘉 三效菌 S、F 、P丁酸梭菌,地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的原始菌株肠道功能的完善和促进消化率饲用丁酸梭菌制剂作为微生态添加剂在实际生产中产生了显著的应用效果,但在应用中还存在以下几个问题需
14、要深入研究。1) 需要进一步研究丁酸梭菌在胃肠道酸性环境内的活性及其对饲料加工过程中的高温和高压的耐受能力,加强耐受高温、高压加工及胃肠道酸性环境菌株筛选工作,确保从活菌生产到进入动物肠道内的活性,在此基础上研究生产高效稳定的丁酸梭菌制剂及生产工艺。2) 丁酸梭菌活菌制剂如何与乳酸菌和芽孢菌合理复配进行添加,发挥其最大的产品特性,需要进行深入的研究。3) 综合肠道微生物的最佳作用条件,从环境温度、配合饲料组成、畜禽生长阶段和健康状况等方面综合研究,生产针对性强的专用丁酸梭菌制剂。4) 饲用丁酸梭菌制剂与药物添加剂间相互影响,应进行如何合理地使用这些添加剂的研究。如:考虑先用亚临床质量浓度的药物
15、处理肠道后,再用饲用丁酸梭菌制剂,采用抗生素和饲用丁酸梭菌制剂联合应用,可能会收到良好效果。8 展望丁酸梭菌的问世彻底填补了“后抗生素时代”在我国的空白,弥补了一般的微生态制剂天热影响的不足,为今后我国在医学临床上治疗多种动物肠道疾病,增加生产者收益,改善饲养环境,提高禽畜动物的产品安全品质,具有极其重要的意义。在动物饲料中的应用方面,为确保经济效益、产品的质量和减少抗生素的使用,应进一步提高丁酸梭菌在胃肠道内的活性研究和加强其在饲料加工过程中对多种外加条件的承受能力,在此基础之上研究生产高效稳定的丁酸梭菌制剂及生产工艺;在饲料制备过程中,应关注与其他菌的共生发酵,以提高饲料的适口性、营养、转
16、化率和降低成本,同时,需研究丁酸梭菌与其他药物的协同作用,目的在于有效治疗动物疾病、降低死亡率。再者,当针对不同的动物和不同的生长阶段,添加不同剂量的丁酸梭菌制剂,以保证在畜牧业、禽业、渔业等方面发挥其最大的作用。在临床应用方面,丁酸梭菌及其代谢产物具有重要的生理功能,对人和动物的健康产生各种影响且效果显著,然而其中诸多有利于健康的影响并非决定性的,丁酸梭菌及其代谢产物的作用机制、益生原理有待于深入研究,尤其是在维持微生态平衡、治疗炎症和癌症方面,为丁酸梭菌制剂的应用提供必要的理论依据。另一方面,不同的益生菌各有其功效,丁酸梭菌对多种抗生素具有很强的耐药性,其与其他益生菌、益生素在体外或体内的协同作用有待于发现。此外,丁酸梭菌的其他功效以及与新技术的结合更有待于研究。