益生菌防控肉雞壞死性腸炎的研究進(jìn)展

雷蕾，帥 柯，楊漢博，肖 昌

(1.四川思來生物科技有限公司，四川 成都 610095；2.西南大學(xué)生物技術(shù)學(xué)院，重慶 北碚 400716)

禽肉是人類重要的動(dòng)物蛋白來源，肉雞養(yǎng)殖業(yè)已成為我國畜牧業(yè)中的一大支柱產(chǎn)業(yè)。肉雞健康是養(yǎng)殖者非常關(guān)注的問題，為控制疾病和促進(jìn)肉雞的生長，抗生素被廣泛用作飼料添加劑。由于擔(dān)憂細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性和抗生素在動(dòng)物體內(nèi)殘留，尤其是近年來“超級(jí)耐藥菌”的出現(xiàn)，世界各國相繼出臺(tái)法規(guī)，禁止將抗生素生長促進(jìn)劑用于肉用動(dòng)物的生產(chǎn)。1997年，歐盟開始限制在動(dòng)物飼料中使用某些抗生素，隨后在2006 年統(tǒng)一禁止在動(dòng)物飼料中使用所有抗生素(feed additives regulation 1831/2003/EC)。2012 年和2013 年，美國食品和藥品管理局頒布了“行業(yè)指南第209 號(hào)和第213 號(hào)”，建議肉用動(dòng)物生產(chǎn)行業(yè)謹(jǐn)慎使用抗生素。我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部也于1999 年發(fā)布了194 號(hào)公告，宣布從2020 年元旦開始全面禁止在飼料中添加抗生素。抗生素生長促進(jìn)劑的禁用導(dǎo)致某些有經(jīng)濟(jì)學(xué)意義的重要疾病的發(fā)生率重新升高，肉雞壞死性腸炎(necrotic enteritis，NE)便是其中最重要的疾病之一。例如，法國的NE 發(fā)生率從1995 年的4%增至1999 年的12.4%，給肉雞養(yǎng)殖業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在無抗生產(chǎn)模式下，迫切需要找到能有效控制肉雞NE 的抗生素替代方案。近年來，研究人員已經(jīng)對各種抗生素替代方案在防控疾病方面的效果進(jìn)行了廣泛研究，包括疫苗、噬菌體、溶菌酶、植物提取物、精油、有機(jī)酸、益生菌等。益生菌能在動(dòng)物的腸道中長期定植、存活、繁殖，會(huì)對腸道有害菌產(chǎn)生競爭性抑制和殺滅作用，可減少致病菌的數(shù)量和由此導(dǎo)致的腸道病變。研究人員已對此進(jìn)行了廣泛的研究，期望將其作為一種抗生素替代方案(單獨(dú)或與其他聯(lián)合使用)，用于預(yù)防肉雞NE 等疾病的發(fā)生。

1 益生菌的定義及其特點(diǎn)

益生菌是通過改善動(dòng)物腸道內(nèi)的細(xì)菌平衡可提高宿主動(dòng)物健康水平的一種活菌飼料添加劑。理想的益生菌需具備以下特點(diǎn)：(1)必須來源于宿主動(dòng)物，且對宿主動(dòng)物無害；(2)能耐受胃酸和膽汁的消化作用；(3)能在腸道中長時(shí)間存活并繁殖；(4)能黏附在腸上皮或黏液上；(5) 可產(chǎn)生抑菌物質(zhì)；(5) 能改變免疫反應(yīng)并調(diào)節(jié)腸道菌群活性[9]。

2 益生菌的作用機(jī)制

益生菌的作用機(jī)理包括：(1)通過調(diào)節(jié)宿主免疫系統(tǒng)并改變腸道中細(xì)菌的活性提高動(dòng)物的免疫力；(2)通過存在于其細(xì)胞壁上的肽聚糖成分刺激動(dòng)物免疫器官的發(fā)育；(3)通過競爭性排斥作用維持動(dòng)物腸道中菌群平衡；(4)產(chǎn)生水解酶(如淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶等)；以幫助動(dòng)物消化和吸收營養(yǎng)物；(5) 降低細(xì)菌酶活性和氨產(chǎn)量，中和腸道毒素等；(6) 產(chǎn)生短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFAs；可降低腸道pH) 和細(xì)菌素來抑制病原菌的生長與繁殖。

3 常見的益生菌類型及其對產(chǎn)氣莢膜梭菌的抑制效果

研究發(fā)現(xiàn)，許多益生菌菌株具有抗產(chǎn)氣莢膜梭菌的活性，如乳酸菌、腸球菌、桿菌和酵母等。每種益生菌可通過不同的作用模式抑制病原菌的生長及其毒性代謝物的產(chǎn)生，目前已經(jīng)有許多成熟的商用益生菌產(chǎn)品。常見益生菌對產(chǎn)氣莢膜梭菌抑制效果總結(jié)如下(表1)。

3.1 乳酸菌

某些乳酸菌(lactic acid bacteria，LAB) 分離株具有益生特性，可用于預(yù)防動(dòng)物和家禽上極其重要的疾病。天然LAB 包括可在任何動(dòng)物的腸道中分離到的乳桿菌、鏈球菌、腸球菌和乳球菌，這些LAB 分離株可通過維持家禽腸道微生態(tài)菌群促進(jìn)劑動(dòng)物腸道健康。而且，還發(fā)現(xiàn)這些細(xì)菌具有抗炎和抑菌作用，因?yàn)槠淇煞置诳咕镔|(zhì)，如細(xì)菌素等。LAB 可以產(chǎn)生酸類物質(zhì)，如乳酸等，這些物質(zhì)可以降低腸腔中的pH，并防止產(chǎn)氣莢膜梭菌在腸道中繁殖。此外，益生性乳桿菌，如嗜酸乳桿菌(Lactobacillus acidophilus)、羅伊乳桿菌(L.reuteri)和唾液乳桿菌(L.salivarius)，還能調(diào)節(jié)肉雞的免疫反應(yīng)，加速巨噬細(xì)胞的吞噬過程。Craven 等認(rèn)為，給肉雞投喂正常的腸道菌群，將減少產(chǎn)氣莢膜梭菌的定植，并降低NE 的發(fā)生率。Hofacre 等研究發(fā)現(xiàn)，給肉雞投喂乳酸菌時(shí)，NE 所引發(fā)的病死率從60%降低至30%。

約氏乳桿菌(Lactobacillus Johnsonii)BS15 是分離到的一株益生菌。在飼料中添加約氏乳桿菌BS15 可提高肉雞的生長性能和肉品的營養(yǎng)價(jià)值，包括脂肪酸的組成，尤其是多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid，PUFA)的含量。此外，將約氏乳桿菌飼喂肉雞還可以控制脂肪沉積以及亞臨床型壞死性腸炎感染過程中的代謝。其他的益生性植物乳桿菌和羅伊乳桿菌菌株可改善動(dòng)物腸道健康、增加腸絨毛高度和隱窩深度以及降低腸道黏度來提高體重。固態(tài)發(fā)酵的益生菌能提高飼料效率，這可以通過增加能量和蛋白駐留時(shí)間加以解釋。一個(gè)乳桿菌分離株(植物乳桿菌16) 可提高外周淋巴細(xì)胞的增殖和腸黏膜中的γ-干擾素、白介素6(interleukin-6，IL-6) 和IL-10 表達(dá)水平，而另一個(gè)益生性菌株(命名為羅伊乳桿菌)則可提高健康家禽體內(nèi)的血清免疫球蛋白A(immunoglobulin A，IgA)、IgG和IgM 的水平。綜上，添加植物乳桿菌和羅伊乳桿菌可通過提高血清IgG 的水平和降低腸道感染相關(guān)性致病力對病原菌(如大腸桿菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌和腸道螺旋體等)所致疾病產(chǎn)生免疫應(yīng)答。除此以外，益生菌產(chǎn)生的分泌物與病原菌之間的相互作用在提高動(dòng)物免疫力方面也起著關(guān)鍵作用，可使腸道結(jié)構(gòu)更加健康。

3.2 腸球菌

糞腸球菌是一種天然存在于動(dòng)物和人體胃腸道中的細(xì)菌。腸球菌分離株具有抗產(chǎn)氣莢膜梭菌的特性，因?yàn)槠渫ǔ？梢援a(chǎn)生抗菌物質(zhì)(即所謂的促腸活動(dòng)素)和有機(jī)酸，可幫助家禽機(jī)體殺滅存在于胃腸道中的致病菌。歐洲食品安全局(EFSA)已經(jīng)批準(zhǔn)將糞腸球菌菌株11181 作為一種飼料添加劑，用于改善動(dòng)物的生長性能。還有一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在飼料中添加糞腸球菌，可以增加宿主動(dòng)物的腸絨毛表面積和改善腸道結(jié)構(gòu)，以幫助其吸收營養(yǎng)物質(zhì)，并最終提高動(dòng)物的增重。這些益生菌還可調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道微生態(tài)菌群的構(gòu)成，并刺激腸道免疫反應(yīng)。有研究證實(shí)，糞腸球菌菌株對腸道病原菌有抵抗力，這些病原菌包括沙門桿菌、大腸桿菌、彎曲桿菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌。Morishita等發(fā)現(xiàn)，嗜酸乳桿菌(Lactobacillus acidophilus) 和糞球菌(Streptococcus faecium) 可使定植在動(dòng)物空腸中的空腸彎桿菌減少27%。因此，在飼料中添加糞腸球菌，可以控制NE 發(fā)病率和提高肉雞的健康狀況。

3.3 芽孢桿菌

芽孢桿菌屬細(xì)菌是一種具有益生特性的革蘭陽性菌。該屬細(xì)菌最重要的特點(diǎn)是能形成芽孢，具有抗逆性，能耐受顆粒料加工過程中的惡劣環(huán)境，因此適合大規(guī)模培養(yǎng)和工業(yè)化生產(chǎn)。在過去的數(shù)十年，國內(nèi)外有關(guān)科研人員對該屬細(xì)菌的研究主要集中在枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)、地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis) 和凝結(jié)芽孢桿菌(Bacillus coagulans)，具體情況見表1。

枯草芽孢桿菌是廣為人知的一種益生菌飼料添加劑，可以防止產(chǎn)氣莢膜梭菌的繁殖，提高動(dòng)物的增重。經(jīng)口投喂枯草芽孢桿菌，可以調(diào)節(jié)肉雞的腸道健康和免疫力，La Ragione和Woodward 發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用109個(gè)枯草芽孢桿菌孢子接種1 日齡和20 日齡肉雞，然后在 24 h 使用105CFU 產(chǎn)氣莢膜梭菌進(jìn)行攻毒，產(chǎn)氣莢膜梭菌的定植和繁殖受到了抑制。在體外試驗(yàn)中，枯草芽孢桿菌PB6(從健康雞腸道中分離的一株有益菌)可以產(chǎn)生抗菌物質(zhì)，對多種梭菌、大腸桿菌和彎曲桿菌菌株具有抑菌活性。最重要的是，枯草芽孢桿菌PB6 還能分泌具有抗菌、抗病毒和抗腫瘤特性的表面活性物質(zhì)，可以中和病原菌及其有毒代謝物。Jayaraman 等發(fā)現(xiàn)，對試驗(yàn)組和對照組肉雞攻毒艾美耳球蟲和產(chǎn)氣莢膜梭菌，隨后給它們分別飼喂添加和未添加枯草芽孢桿菌PB6 的飼料，結(jié)果前者在飼料轉(zhuǎn)化率、NE 腸道病變評分、產(chǎn)氣莢膜梭菌菌落數(shù)、腸絨毛高度與隱窩深度上均優(yōu)于后者的。綜上所述，益生性枯草芽孢桿菌PB6 菌株可降低產(chǎn)氣莢膜梭菌所引發(fā)的肉雞NE 的嚴(yán)重程度。

相關(guān)研究證實(shí)，地衣芽孢桿菌分離株H2是一種具有益生特性的有益菌，已被廣泛用于養(yǎng)禽業(yè)。拌入飼料的地衣芽孢桿菌可提高家禽的生長性能，可替代抗生素來控制商業(yè)性養(yǎng)禽場中的NE 感染，且不會(huì)產(chǎn)生任何不良影響。此外，地衣芽孢桿菌還可產(chǎn)生多種水解酶，如蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶等，從而提高肉雞對營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收。給肉雞預(yù)先投喂地衣芽孢桿菌，可以預(yù)防產(chǎn)氣莢膜梭菌的攻擊。宮秀燕等發(fā)現(xiàn)，在日糧中添加凝結(jié)芽孢桿菌，可顯著提高15～35 日齡肉雞的平均日增重，顯著降低料重比，提高感染產(chǎn)氣莢膜梭菌的肉雞的免疫器官指數(shù)，增強(qiáng)動(dòng)物的免疫力，降低由產(chǎn)氣莢膜梭菌感染引發(fā)的腸道損傷程度，Wu等研究認(rèn)為，在飼料中添加凝結(jié)芽孢桿菌，能有效預(yù)防肉雞的NE。

3.4 酵母

早在20 世紀(jì)20 年代，Henri Boulard 首先發(fā)現(xiàn)，從荔枝果中分離出的某些酵母菌菌株(屬于酵母屬)具有益生的特性。酵母制品是天然的促生長劑。給肉雞口服布拉酵母(Saccharomyces boulardii)，可以改善腸道微生態(tài)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)腸道結(jié)構(gòu)，并提高細(xì)胞因子表達(dá)量，進(jìn)而增強(qiáng)腸道黏膜抵御病原菌的能力。此外，布拉酵母還能提高動(dòng)物的生長性能，并提高宿主的免疫力來抵御某些致病菌。同時(shí)，其還能提高營養(yǎng)因子的活性，如營養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸?shù)龋⒈憩F(xiàn)出抗炎特性。同樣，釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) 也具有益生特性，對動(dòng)物小腸后段中的致病菌有拮抗作用，這可能是由于其能產(chǎn)生乙醇所致。因此，在飼料中添加酵母可以抑制病原菌家禽腸道中的生長，并改善家禽的健康狀況。

4 結(jié)語

綜上所述，益生菌可以減少產(chǎn)氣莢膜梭菌在動(dòng)物腸道中的生長、定植和毒素的產(chǎn)生，從而降低由產(chǎn)氣莢膜梭菌引發(fā)的腸道疾病的發(fā)生率。但是，其作用的有效成分、明確的作用機(jī)制等還有待進(jìn)一步的深入研究。而且，本文提及的菌屬所涵蓋的所有菌株并非都具有防治產(chǎn)氣莢膜梭菌的效果。在菌株篩選過程中除了考察針對病原菌的抑菌效果外，還需要通過動(dòng)物試驗(yàn)驗(yàn)證其有效性，特別是驗(yàn)證在模擬實(shí)際應(yīng)用場景的實(shí)驗(yàn)性感染中的效果，以確定其是否可作為一種有效的抗生素替代策略。