群體效應(yīng)對優(yōu)化腸道健康和生產(chǎn)性能影響的研究

腸道健康是影響家畜獲得最佳生產(chǎn)效率和利潤率的幾個重要因素之一，已有越來越多的證據(jù)表明，腸道微生物區(qū)系在動物健康和疾病控制方面發(fā)揮著核心作用。因此，一些飼料添加劑就是專為改善腸道健康而特意研發(fā)的。

數(shù)量眾多的植物性化學物質(zhì)，如以干草藥、植物提取物或精油等形式加入動物飼料，已有報道稱對很多指標具有正面影響，如消化、血壓、抗炎性及護肝。因此，若想合理地開發(fā)出一種植物性飼料添加劑混合物，則具有一定挑戰(zhàn)性：如何從大量植物衍生物中篩選出一些物質(zhì)，它們中的每一種均能引發(fā)一些生理性反應(yīng)，且能最大限度地改善動物健康和生產(chǎn)性能。

1 腸道微生物區(qū)系

一些旨在用于改善家畜腸道健康和生產(chǎn)性能的植物性飼料添加劑，正轉(zhuǎn)向作用于腸道微生物區(qū)系組成及其活性。這可以用以下事實進行解釋：目前，有證據(jù)表明腸道微生物區(qū)系在維持動物的一些器官和組織 （包括消化道） 的健康上發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。在過去，人們認為腸道微生物組成主要影響人類和動物的健康，而現(xiàn)在人們越來越清晰地認識到菌群能直接和間接地影響一些組織和器官的發(fā)育及其功能，如：腸細胞、與腸道相關(guān)的淋巴組織、肝及大腦。

在對會影響腸道菌群的成份（如植物源性組分）進行篩選時，許多飼料添加劑生產(chǎn)商依賴于能夠證明其殺菌效果的體外試驗結(jié)果。然而，這些植物性成分在動物的消化道中以遠低于抑菌（致病菌）所需最低濃度存在時將失去活性。

因此，一種對飼料添加劑組份更具可靠性的篩選方法，是以植物性組份在更低濃度下的作用效果作為判定依據(jù)，這可能是調(diào)控體內(nèi)菌群活性、提高腸道健康上最中肯的方法。

2 群體效應(yīng)

細菌會持續(xù)分泌QS信號，從而使它們的行為同步化。更具體而言，當某一環(huán)境中某種細菌或菌群的數(shù)量（群體）增加時，它們所分泌的QS信號強度也將增大（圖1）。

如果這些分子的水平達到特定閾值，它將激活細菌體內(nèi)的QS依賴型信號通路，導(dǎo)致產(chǎn)生與致病性相關(guān)的生化反應(yīng)，如產(chǎn)生毒素。

因此，可以阻斷QS的化合物在人類醫(yī)學研究中因其在低濃度下的作用和細菌對這些非致命性分子耐藥性的低概率發(fā)生而作為抗生素替代品得到越來越多的研究。

除了QS信號在人類疾病治療方面的作用外，動物源性致病菌，如梭狀芽胞桿菌（Clostridium perfringens）、葉爾森氏鼠疫桿菌假結(jié)核?。╕ersinia pseudotuberculosis）和沙門氏菌（Salmonellaenterica）的相關(guān)知識也正在逐步增加。另外，調(diào)控胃腸道中細菌的QS作為控制腸道微生物活性及其組成、進而影響動物的健康和畜牧學性能的方法，已經(jīng)引發(fā)人們的極大興趣。

3 將QS用作篩選原料的工具

在開發(fā)一種新型肉雞用飼料添加劑APEX 5時，我們已經(jīng)將QS用作篩選高活性化合物的一種工具。

最初從植物提取物和其他原材料著手，我們已有證據(jù)表明它們對消化、抗氧化及免疫調(diào)控均有正面影響，但仍有大量有潛力的原材料有待篩選。如我們希望這些新添加劑對腸道微生物活性及其組成有顯著的作用，我們需要依賴QS試驗來確定APEX 5的最終組成成分。

第一步（圖2），我們根據(jù)其對兩種類型QS的抑制能力篩選植物的單種組份或混合物。具體如下：獲取這些組份的提取物，確定它們對不同報告菌株的最小抑菌濃度值（MIC），并以低于它們MICs值的濃度將它們添加到這些菌株的培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)。

隨后，報告菌株的QS依賴性讀數(shù)（當QS活躍時所發(fā)出的熒光信號）與在添加提取物且經(jīng)培養(yǎng)后的QS依賴性讀數(shù)進行比較。

下一步，我們選擇具有最佳性能的植物性提取物，并經(jīng)系列稀釋后在更低濃度下進一步檢測QS抑制作用。

值得注意的是，我們發(fā)現(xiàn)抑制QS的能力和這些物質(zhì)的MIC值并不相關(guān)。

從圖2B中我們發(fā)現(xiàn)，和其他兩種被測化合物相比，植物-34具有最高的MIC值。但是，在最低濃度時QS信號強度減半。

基于上述結(jié)果，我們選擇一種植物混合物，以一種簡易的方法在體外模型中進行測試：極小的秀麗隱桿線蟲（C. elegans）用傷寒沙門氏菌（Salmonella typhimurium）感染。值得注意的是我們不能用此方法在肉雞上評估植物源性組分降低沙門氏菌的能力。

然而，我們發(fā)現(xiàn)沙門氏菌能夠定植在秀麗隱桿線蟲（C. elegans） 的消化道內(nèi)，最終以產(chǎn)生會影響這些線蟲活力的QS依賴性毒素告終。

秀麗隱桿線蟲（C. elegans）可在如下培養(yǎng)基中生長：有或無沙門氏菌和有或無植物提取物添加劑（圖3）。

我們發(fā)現(xiàn)，當植物源性組分以不會影響沙門氏菌生長的低濃度添加時，它能顯著提高線蟲的存活率。

假如沙門氏菌感染所引發(fā)的死亡率是QS依賴型的，并且這些植物源性組分在體外能夠抑制QS，那么可以假設(shè)這一結(jié)果可以利用植物源性組分的QS抑制作用來進行解釋。

4 對腸道健康及其性能的影響

隨后，設(shè)計了多項田間試驗，以評估給肉雞飼喂植物源性組分的效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，家禽采食APEX 5后，其腸道微生物組成向一種通常能夠提高腸道健康狀況的方向發(fā)展（圖4）。與上述結(jié)果一致，處理組肉雞的畜牧學特性好于對照組肉雞（圖5）。

5 結(jié)論

腸道微生物對動物健康及其生產(chǎn)性能極其重要。因此，包括植物產(chǎn)品在內(nèi)的一些飼料添加劑已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)，用來調(diào)控腸道微生物，維持腸道健康。

體外試驗是開發(fā)此類植物源性產(chǎn)品的有用工具。除了根據(jù)其抑菌效果進行篩選外，也有人提出可以考慮在更低濃度下發(fā)揮作用的生物活性，如腸道細菌QS的調(diào)控作用。

QS在生產(chǎn)動物上的重要性目前尚不完全清楚，并且在消化道內(nèi)抑制QS的能力及結(jié)果有待進一步研究。

然而，重要的是要探索植物源性組分在低濃度下所發(fā)揮的作用，如：對此類研究而言，QS是可以考慮的一種極具應(yīng)用前景的工具。

我們已經(jīng)將QS分析用作研發(fā)植物源性飼料添加劑的工具，隨后的分析已經(jīng)表明，它能夠提高腸道健康指標和動物生產(chǎn)性能。原題名：Exploring quorum sensing to optimise gut health and performance（英文）

原作者：Tim Goossens 博士（比利時Nutriad公司業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理）