丁酸梭菌的生物学功能及其在动物生产中的应用

丁酸梭菌又名丁酸菌、酪酸梭菌, 是1933年由日本千叶医科大学宫入近治博士发现并报告的, 因此又名宫入菌[1], 细菌学分类属于梭菌属, 是从健康人和动物肠道中分离出的一种厌氧型革兰氏阳性芽孢杆菌, 能在动物肠道内定植, 并产生以丁酸和乳酸等短链脂肪酸为主要益生产物的益生菌。丁酸梭菌作为新一代芽孢益生菌制剂, 较非芽孢益生菌制剂具有耐热、耐酸和耐多种抗生素等生物学特性。2009年7月, 我国农业部批准了丁酸梭菌制剂在饲料中作为微生物饲料添加剂使用[2]。丁酸梭菌作为饲料添加剂在饲料中使用, 具有调控动物肠道健康等多种生物学功能, 主要体现在促进肠道中有益菌 (如乳酸菌、芽孢杆菌和双歧杆菌) 的生长、调节动物肠道菌群平衡, 稳定胃肠道功能, 提高动物机体应激能力, 进而维持动物健康并促进其生长。丁酸梭菌作为微生态添加剂, 既可作为饲料添加剂单使用, 又可与一些有益菌复配使用, 起到菌群相互促进的目的。
1 丁酸梭菌的生物学功能
丁酸梭菌是人和动物肠道的共生菌, 可通过胃肠环境定植于宿主肠道内, 属厌氧或者兼性厌氧型芽孢杆菌, 不受胃酸、胆汁酸等影响, 其主要代谢产物丁酸是肠道上皮组织细胞再生和修复的主要营养物质。
1.1 促进生长
丁酸梭菌可促进肠道有益菌群 (如双歧杆菌、乳酸杆菌) 的增殖和发育, 抑制有害菌和腐败菌的生长、繁殖, 纠正肠道菌群紊乱, 减少肠毒素的产生。同时, 在饲料中添加丁酸梭菌还可有效降解饲料中的抗营养因子, 消除其抗营养作用, 提高饲料的营养价值, 促进饲料中养分的消化分解, 从而提高饲料利用率。丁酸梭菌同其他需氧型芽孢杆菌一样, 在消化道复活发育过程中, 可产生活性很强的胞外酶, 如蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、糖苷酶等多种酶类;同时还可产生降解植物饲料中非淀粉多糖的酶, 如果胶酶、纤维素酶、葡聚糖酶。这些活性酶直接作用于动物消化道的“酶池”, 降解饲料中相应的营养成分, 提高饲料中营养成分的消化率, 从而提高粗蛋白质和能量的利用率, 降低料重比。丁酸梭菌体内存在蛋白酶Ⅰ和蛋白酶Ⅱ及脂肪酶, 其可提高动物对脂肪和蛋白质的消化吸收[3]。此外, 丁酸梭菌还具有氨基酸载体的作用, 可转运但不分解氨基酸, 这均有利于促进动物生长。Uyeno等[4]研究表明, 丁酸梭菌与纤维寡糖混合饲喂犊牛, 可改善其肠道菌群结构, 维护肠道微生态的健康, 并降低腹泻发生率, 提高生产性能。
1.2 调节肠道菌群平衡
动物肠道菌群的建立始于新生幼畜被分娩的过程, 新生幼畜从母畜的皮肤、乳汁、身边的物体、周围的空气等环境中获得细菌。由于新生幼畜机体功能不健全, 故发病率较高, 如出现营养不良、早产、腹泻等相关疾病。丁酸梭菌可加速肠黏膜上皮细胞的生长和幼畜肠道发育成熟, 促进肠蠕动, 恢复肠动力, 预防或纠正肠道菌群平衡失调。有研究表明, 丁酸梭菌对抗生素导致的肠道黏膜完整性损坏、绒毛破坏、上皮细胞肿胀脱落等症状有明显的修复作用[5]。肠道菌群失衡会导致各种疾病的发生, 丁酸梭菌可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。Hossain等[6]用丁酸梭菌与枯草芽孢杆菌和乳酸杆菌制成复合益生菌制剂饲喂肉鸡, 屠宰后取回肠和盲肠内容物进行微生物菌群测定, 发现饲喂复合益生菌制剂可明显增加乳酸菌和双歧杆菌的数量, 明显抑制大肠杆菌和产气荚膜梭菌的生长, 且0.2%高剂量比0.1%低剂量的抑制效果要好, 二者的作用效果也均好于抗生素。