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魚類腸道菌群影響因子研究進展

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摘要:腸道菌群在維持腸道健康、促進腸道發育、抵抗病原入侵、調節機體能量吸收和脂質代謝過程中均發揮重要作用。在魚類學研究中,由于種類繁多、食性差異大、生存環境複雜多變,導緻魚類腸道菌群方面的研究面臨巨大挑戰。本文在總結常見魚類腸道微生物組成的基礎上,着重介紹了魚類餌料組成、水環境因子、物種、基因型、發育階段、養殖模式及投喂政策對魚類腸道菌群影響的相關研究進展,并對目前研究中存在的問題進行了剖析,以期為魚類腸道菌群研究提供一定的參考依據。

魚類腸道菌群影響因子研究進展
魚類腸道菌群影響因子研究進展
魚類腸道菌群影響因子研究進展
魚類腸道菌群影響因子研究進展

腸道微生物被視為體内數量龐大且複雜的生态系統,其與宿主共同組成了“超生物體 (superaorganism)”,其組成變化與環境因子及宿主個體密切相關,在維持腸道健康、促進腸道發育、抵抗病原入侵、調節機體能量吸收和脂質代謝過程中均發揮重要作用[1-2]。對人類(Homo sapiens)及小鼠(Mus musculus)的研究表明,食物組成[3]、環境因素[4]、生理狀态[5]和遺傳因素[6]等均可影響腸道菌群的結構和數量,進而影響機體的營養代謝、免疫調控、神經内分泌等機能。相較于陸生哺乳動物,在魚類學研究中,魚類種類繁多、食性差異大、生存環境複雜多變,這給魚類腸道菌群的相關研究帶來了較大挑戰。但随着可培養技術及微生物組測序技術的不斷發展,魚類腸道菌群研究已逐漸成為水生動物學領域備受關注的熱點研究。是以,基于目前影響主要養殖魚類腸道微生态環境的主要因素,開展不同作用因子對魚類腸道菌群的影響研究,進而深入闡明腸道菌群與宿主的互作機制,對了解魚類腸道菌群的功能、促進水産養殖業健康發展有着重要意義。

1 魚類腸道菌群組成結構

在脊椎動物的分類中,魚類占據最主要的分類地位,擁有豐富的生态多樣性。魚類不同組織器官(皮膚、鰓、腸道)及其排洩物(糞便)的微生物組成結構存在明顯的差異[7](圖1)。此前,對于腸道微生物的了解主要依賴于可培養技術,所得到的純培養菌群類型較為單一[8],導緻學術界普遍認為魚類腸道微生物組成結構較哺乳動物要簡單。而随着分子測序技術的不斷提高及完善,發現魚類腸道菌群組成結構同樣複雜。與陸生動物相比,好氧菌、兼性厭氧菌、專性厭氧菌是魚類腸道中主要微生物類群,每克腸道内容物含有約107~1011個細菌[9],包括變形菌門(Proteobacteria)、梭杆菌門(Fusobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)、拟杆菌門(Bacteroidetes)、放線菌門(Actinobacteria)及疣微菌門(Verrucomicrobia)[10-11]等。其中,變形菌門、厚壁菌門和放線菌門是主要微生物類群。而魚類又由于其食性、生活環境的多樣性及不同的發育階段,使腸道菌群組成結構産生時空差異。目前,在此

圖 1 魚類不同組織主要微生物類群(Llewellyn等[7])

Fig. 1 The major microbiota in different tissues of fish(Llewellyn et al.[7])

方面研究比較多的海水魚類包括安大略鲑(Salmo

salar)、大西洋鳕(Gadus morhua)、北極紅點鲑 (Salvelinus alpinus)和大菱鲆(Scophthalmus maximus),淡水魚類包括斑馬魚(Danio rerio)、虹鳟(Oncorhynchus mykiss)、斑點叉尾鮰(Ictalurus punctatus)、草魚(Ctenopharyngodon idella)和鯉 (Cyprinus carpio)等(表1)。

對淡水肉食性魚類虹鳟及鳜(Siniperca chuatsi) 的研究顯示,變形菌門占絕對優勢地位,其中腸杆菌科(Enterobacteriaceae)、氣單胞菌科(Aeromonadaceae)和假單胞菌科(Pseudomonadaceae)

是優勢菌群[12-14]。其中與肉食性魚類消化密切相關的産生蛋白酶、脂肪酶的微生物,如鹽單胞菌屬(Halomonas)及鲸杆菌屬(Cetobacterium)豐度較高。而對淡水草食性魚類如草魚的研究結果不盡一緻,有的學者研究發現,變形菌門、厚壁菌門和放線菌門是主要優勢類群,拟杆菌門

豐度較低[15-16],而有研究發現厚壁菌門(27.1%)、梭杆菌門(26.5%)和變形菌門(13.9%)是主要優勢類群[17],這可能與研究對象的攝食飼料組成及測序手段不同有關 [16]。而其中纖維素降解菌包括 Anoxybacillus、腸杆菌屬(Enterobacter)、腸球菌

屬(Enterococcus)、克雷白氏杆菌屬(Klebsiella)、短芽孢杆菌屬(Brevibacillus)、明串珠菌屬

(Leuconostoc)、梭菌屬(Clostridium)、放線菌屬 (Actinomyces)、檸檬酸杆菌屬(Citrobacter)和氣單胞菌屬(Aeromonas)[11,14,18],這些微生物類群豐度在草魚攝食植物纖維後會顯著增加。對淡水雜食性魚類鯉的研究顯示,梭杆菌門、拟杆菌門、浮黴菌門(Planctomcetes)和γ變形菌門(γProteobacteria)是主要微生物類群,而疣微菌綱 (Verrucomicrobiae)、梭菌綱(Clostridia)、芽孢杆菌綱(Bacilli)所占比例較小[19-20]。

在海水魚類腸道菌群研究中,由于其生活環境與淡水魚類完全不同,是以,腸道菌群組成同樣存在明顯差異。利用高通量測序技術對安大略鲑腸道菌群的研究結果顯示,其腸道消化物中變形菌門、厚壁菌門、梭杆菌門、放線菌門是主要類群,且消化物的微生物類群豐度顯著高于腸黏膜[21]。Ringø等[22]對大西洋鳕腸道可培養微生物研究顯示,嗜冷杆菌屬、環絲菌屬和肉食杆菌屬為主要類群。邢孟欣等[23]對大菱

鲆腸道微生物研究顯示,變形菌門為優勢類群,其中弧菌屬所占比例最高。與淡水魚類對比發現,一些微生物類群如弧菌屬、肉食杆菌屬、可變單胞菌屬(Alteromonas)、黃杆菌屬和蒼白杆菌屬等在海水魚類腸道微生物中占比較高,部分類群或為海水魚類獨有。

2 餌料因子對魚類腸道菌群的影響

有研究表明,不同食物成分可以顯著改變人類、小鼠及畜禽動物的腸道微生物組成結構,進而對機體營養代謝、免疫功能、生長發育,甚至神經傳導等産生影響。而目前關于不同餌料組分對魚類腸道菌群組成結構影響的研究報道還相對較少。随着高通量測序技術的不斷發展,飼料組分對養殖魚類腸道菌群組成結果的影響會更清晰,對深入了解腸道菌群與魚體的生理功能互作至關重要。

2.1 脂肪、蛋白質、碳水化合物對魚類腸道菌群的影響

由于動物性蛋白源尤其是魚粉資源的短缺,行業中普遍通過提高飼料中脂肪含量以發揮“蛋白質節約效應”,同時以植物油替代魚油來降低成本,進而達到促進魚類快速生長的目地。但與此同時,給魚類帶來了脂肪過度蓄積、免疫損傷等問題[37],且對腸道菌群的組成結構也産生了影響。 有研究發現,以高脂日糧飼喂斑馬魚會導緻其腸道菌群多樣性顯著降低,紫色杆菌屬、假單胞菌屬、鲸杆菌屬顯著性富集,而α變形菌門,尤其是根瘤菌屬(Rhizobiales) 顯著性下降,斑馬魚體長與對照組相比顯著性降低[38-39]。Lésel等[40]以不同脂肪含量的飼料飼喂虹鳟,發現高脂水準飼喂的虹鳟腸道菌群結構更為豐富,相對低水準脂肪組,氣單胞菌屬、黃杆菌屬、假單胞菌屬和棒杆菌屬(Coryneforms) 豐度更高[40]。Semova等[41]以無菌斑馬魚為模型,證明了腸道菌群可以促進脂肪在腸上皮及肝髒組織的吸收并促進脂滴的形成,其中厚壁菌門發揮了關鍵作用,而拟杆菌門和變形菌門的細菌并不能夠使脂滴數量增加。此外,不同類型脂肪源同樣會引起魚類腸道菌群組成及豐度的變化。在飼料中添加多不飽和脂肪酸(亞油酸、亞麻酸)或高不飽和脂肪酸(HUFA)飼喂安大略鲑,發現亞麻酸和HUFA組腸道内容物及糞便中的乳杆菌群數量顯著性增加[35,42];以大豆油為脂肪源飼喂北極紅點鲑,在實驗組所有重複中均分離到了不動杆菌屬、肉食杆菌屬、棒杆菌屬、庫特氏菌屬微生物類群,而在對照組中未發現[43]。以葵花籽油、亞麻籽油、菜籽油、海洋動物油及商品飼料飼喂虹鳟60 d,結果發現,菜籽油組中沒有腸球菌屬,但卻分離到了該組特有的類耐冷海滑杆菌(Marinilactibacillus psychrotolerans-like),而在海洋動物油組中特異性的分離到了腐敗希瓦氏菌屬 (Shewanella putrefaciens)和沙雷氏菌屬(Serratia)[42]。上述研究表明,魚類腸道中不同類型的腸道菌群在脂質代謝過程中發揮了不同的生理作用,日糧脂肪含量及類型可以改變腸道黏膜的組成、功能及流動性,改變腸黏菌群結合位點,進而影響機體脂質代謝。關于高脂飲食對人類腸道菌群的影響研究已非常深入,但對于水産養殖魚類,由于無菌模式動物的普及度受限,具體是哪類微生物在脂肪代謝過程中發揮關鍵作用尚不清楚,其具體又通過何種代謝通路影響到機體脂質代謝過程同樣有待進一步研究。

水産飼料蛋白源替代問題,尤其以植物、動物副産品或新型動物蛋白為蛋白源替代魚粉早已成為國内外科學家研究的熱點,而魚粉替

代是否會影響魚類的腸道健康,尤其是腸道微生物平衡,這個問題值得關注。植物蛋白源替代方面,以30%大豆蛋白替代魚粉,借助純培養手段研究發現,對異育銀鲫(Carassius auratus gibelio)、安大略鲑及虹鳟的腸道菌群組成并無顯著性影響,但相比于魚粉組,菌群數量總體增加,變形菌門豐度顯著性降低,而厚壁菌門數量顯著增加,棒狀杆菌科、乳杆菌科、弧菌科、鍊球菌科豐度都有不同程度的變化[44-46]。其中,鞘氨醇單胞菌屬、克呂沃爾菌屬(Kluyvera) 和消化鍊球菌屬(Peptostreptococcus)豐度變化明顯,鞘氨醇單胞菌屬豐度與腸道總菌群數量呈顯著負相關,而消化鍊球菌恰恰相反。分析原因可能與腸道中的氧氣含量和氧化還原電位密切相關,在魚粉組中,腸道中總菌數較少,氧氣含量較為充足,鞘氨醇單胞菌屬這一好氧菌為優勢菌群,而當大豆蛋白替代魚粉後,植物蛋白在腸中發酵耗氧,腸道處于厭氧狀态,此時厭氧菌為優勢菌群。綜上所述,目前基于純培養技術的研究結果顯示,大豆蛋白替代魚粉後未顯著改變魚類腸道的微生态平衡,并且在一定程度上導緻腸道内厭氧狀态的形成,可抵抗病原菌的入侵,是以可以作為一種很好的魚粉替代蛋白源。此外,以黑麥草為蛋白源飼喂草魚,結果發現,腸道菌群組成顯著不同于商品飼料組,并且碳水化合物、氨基酸和脂質合成與代謝通路顯著改變,表明腸道菌群在草魚對非消化多糖的利用及維持營養與生理穩态方面發揮了重要作用[17]。在新型動物蛋白源替代魚粉方面,近期,國内外學者對蠶蛹(Bombyx mori)[47]、黑水虻蛹(Hermetia illucens)[48]等替代魚粉對養殖魚類營養素消化吸收、生長、肉質、免疫等開展了大量研究,但目前對魚類腸道菌群的影響還未見報道。此外,對于飼料中添加南極大磷蝦(Euphausia superba)粉(含幾丁質)、酒糟蛋白飼料(DDGS)、濃縮豌豆、羽毛粉、雞肉粉等傳統蛋白原料是否會對魚類腸道微生态的平衡造成影響也應引起注意。

糖代謝方面,魚類被視為是天生的“糖尿病”患者,其對高糖具有不耐受性,科學家們試圖從進化[49]和分子生物學[50]角度進行解釋。産業應用方面也嘗試在魚類飼料中通過提高糖含量或添加不同糖源以降低飼料成本。然而,不同糖源在魚類腸道中與腸道菌群發生了怎樣的互作,對魚類糖代謝過程産生怎樣的影響還不得而知。僅有的參考資料顯示,以羽扇豆粉(非澱粉多糖)、玉米澱粉(直鍊澱粉多糖)為糖源替代纖維素飼喂挪威舌齒鲈(Dicentrarchus labrax),與對照和玉米澱粉組相比,羽扇豆粉組海鲈腸道内條件性緻病菌被顯著抑制,弧菌屬豐度顯著下降,而梭菌屬豐度顯著提升[51]。Geurden等[52]以不同葡萄糖含量的飼料飼喂虹鳟,雖然腸道菌群多樣性發生了改變,但并無顯著性差異。目前,飼料中常見的其他糖源還包括木薯粉、馬鈴薯、糊精、麥麸等,但魚類腸道菌群是否能夠利用不同的糖源進行能量代謝,是哪些關鍵類群發揮作用,或者是由于某些類群的缺失而導緻魚類對糖利用能力低下,這些問題還不清楚,相關研究有待深入開展。

2.2 添加劑對魚類腸道菌群及宿主營養代謝的影響

  氨基酸、維生素、礦物質對魚類腸道菌群的影響  氨基酸、維生素和礦物質作為機體新陳代謝的重要營養成分,在硬骨魚類中多數不能自身合成,需要依靠外源性添加來滿足機體生長、發育、代謝所需。對建鯉(C. carpio var. Jian)的研究結果顯示,飼料中添加适量的甲硫氨酸(Met)、異亮氨酸(Ile)、泛酸(VB5)、生物素 (VB7)、抗壞血酸(VC)和磷,能夠有效抑制大腸杆菌(E. coli)、氣單胞菌的生長,促進乳酸菌和芽孢杆菌的增殖,提高腸道消化酶的活性[53-58]。适量添加銅(載銅蒙脫石)離子可降低尼羅口孵非鲫 (Oreochromis niloticus niloticus)腸道好氧菌數量,抑制氣單胞菌屬、弧菌屬、假單胞菌屬、黃杆菌屬、不動杆菌屬和腸杆菌科微生物的生長[59]。而也有研究表明,斑馬魚飼料中添加納米銅顯著抑制了腸道中有益菌群的生長,但沒有造成腸上皮損傷和發炎發生[60]。是以,飼料中礦物元素的添加劑類型和劑量可能對魚類腸道菌群的組成結構及腸道穩态至關重要。

  益生菌、益生元對魚類腸道菌群的影響近年來,水産養殖發展方向已由量的增加轉變到質的提升。随之而來的是相關益生菌、益生元科學研究及産業的迅速發展。目前,水産飼料中主要應用的益生菌包括乳酸菌、芽孢杆菌、丁酸梭菌(C. bifermentans)和酵母菌,常見的益生元包括低聚果糖、低聚半乳糖、葡聚糖、甘露聚糖、低聚木糖等。Ringø等[42]和Merrifield等[61] 分别于2014和2016年對相關研究進行了綜述,本部分僅對2016年至今開展的研究進行分析闡述。乳酸菌和酵母是目前水産養殖中應用最為廣泛的益生菌[62-66],Giorgia等[67]以一種新的微生态制劑鼠李糖乳杆菌13(L. rhamnosus)飼喂尼羅口孵非鲫幼體,其腸道乳酸菌的豐度顯著增加,與肌肉生長及食欲相關的基因表達顯著上調,内分泌系統被有效激活,而潛在的病原菌如微杆菌科(Microbacteriaceae)、軍團菌科(Legionellaceae) 和Weeksellaceae科豐度顯著降低。在斑馬魚研究中,鼠李糖乳杆菌的添加可以抑制促食基因,上調厭食基因的表達,同時與膽固醇和甘油三酯合成代謝相關的基因表達得到抑制[38]。同樣,飼喂酵母菌後,北極紅點鲑和虹鳟腸道中乳酸菌豐度增加,對病原菌抵抗能力顯著提升[66,68]。Liu 等[69]進一步證明了當雜交口孵非鲫停食植物乳杆菌JCM1149後,其腸道菌群α多樣性顯著降低,厚壁菌門豐度顯著下降,而放線菌門顯著增加,同時雜交口孵非鲫易感嗜水氣單胞菌,腸道膽汁酸、氨基酸和葡萄糖代謝發生紊亂。上述研究提示我們,水産養殖過程中益生菌的使用對于機體營養代謝和免疫調控具有顯著性作用,但其不能被作為藥物使用,而應基于長期穩定動物腸道微生态平衡、提高動物機體健康水準角度出發。此外,益生元作為腸道益生菌有效增殖的碳氮源,其單獨使用或與益生菌聯合使用研究也是目前的主流研究。研究結果顯示,飼料中添加短鍊低聚果糖、低聚木糖雖未改變挪威舌齒鲈腸道微生物多樣性,但乳酸菌的豐度顯著升高[70];将低聚半乳糖和乳酸片球菌 (Pediococcas acidilactici)聯合使用,虹鳟幼魚腸道乳酸菌豐度及短鍊脂肪酸尤其是丁酸含量顯著增加[71]。綜合來看,上述研究中所使用的益生菌多為魚類異源性菌株,而分離自魚類本身的土著益生菌菌株幾乎沒有。Alonso等[72]近期從13種海洋魚類腸道中分離到9株具有廣譜抗菌活性的乳酸菌,并證明其可以作為潛在的水産用益生菌。是以,從不同食性、環境的魚類腸道中分離魚源性益生菌并開展相關分類學、基礎生物學研究對水産養殖業具有重要意義。

  中草藥或植物提取物添加劑對魚類腸道菌群的影響  在人類、小鼠中的研究已表明,中草藥可通過影響腸道菌群,進而通過其代謝産物影響機體營養代謝和免疫,在緩解肥胖及二型糖尿病方面具有重要作用[73-74]。基本的作用機制包括:腸道菌群在轉化植物化學物質過程中産生的代謝産物具有生物活性;植物化學物質改變了腸道菌群的組成結構,緩解了機體在病理狀态下的生物紊亂;腸道菌群調控複雜植物化學物質的互作(協同或拮抗)[73]。然而,目前在水産動物研究領域,國内外相關研究還非常少。利用可培養方法測定5種不同中草藥對鯉腸道菌群的影響,結果顯示,腸内細菌數增加,芽孢杆菌屬、不動杆菌屬明顯增加,而氣單胞菌屬、鄰單胞菌屬、假單胞菌屬、弧菌屬顯著下降[75]。對異育銀鲫的研究結果同樣顯示,中草藥飼喂後,腸内菌群豐富度和多樣性均顯著性增加,從屬水準上看,與病原菌相關的氣單胞菌屬、希瓦氏菌屬明顯下降,而乳杆菌屬、乳球菌屬、芽孢杆菌屬則有明顯上升[76]。對于植物提取物,其活性成分多為苷、酸、多酚、多糖、萜類、黃酮、生物堿等,對虹鳟的研究顯示,飼料中添加香芹酚或麝香草酚,腸道中厭氧菌數量降低,麝香草酚組中乳酸菌數量下降[77]。然而上述研究多是基于可培養法開展的,随着高通量測序技術尤其是三代測序技術的發展,結合免培養手段開展宏基因組、宏轉錄組及宏代謝組方面的研究将能夠幫助我們更加深入的了解中草藥、植物提取物複雜的作用通路。

3 水環境因子對魚類腸道菌群及宿主代謝的影響

影響水生動物腸道菌群的因素除食物組分外,水環境因子也是重要的影響因素,如溫度、鹽度、pH、氨氮、亞硝酸鹽、水體重金屬離子、納米粒子及有機污染物等。當水環境因子發生變化,魚類的腸道微生态環境也會随之波動,進而影響到機體免疫力及基礎代謝能力。同時,由于水環境因子波動而造成的某些顯著變化的腸道微生物類群也可以作為生物标志物來偵測水環境的變化。對大鰓蓋巨脂鯉(Colossoma macropomum)的研究發現,低pH(pH4.0)的養殖水體顯著降低腸道中黃杆菌屬的豐度,糞便中厚壁菌門與拟杆菌門比例顯著升高,總體上表現出有益的作用,但養殖2周後腸道菌群又趨于對照水準[78]。以不同濃度的銅離子對鯉進行暴露,結果顯示,腸道菌群α多樣性和β多樣性均發生明顯變化,一些短鍊脂肪酸産生菌如Allobaculum、Blautia等豐度顯著下降,同時腸道上皮緊密連接配接蛋白ZO-1、Occludin對應基因表達量下降,機體脂代謝合成相關基因表達量下降,而分解相關基因表達量上升[20]。同樣當以納米銅飼喂斑馬魚後,其腸道中有益菌明顯被抑制,消化系統受到損傷[60]。而當大西洋鳕暴露于海洋原油污染物時,其腸道菌群多樣性同樣顯著性降低,高濃度暴露組中,脫鐵杆菌目(Deferribacterales) 豐度顯著升高,而梭杆菌目(Fusobacteriales)、交替單胞菌目(Alteromonadales)豐度下降,推測脫鐵杆菌目可作為海洋污染的标志性生物[34]。不同魚類對水體環境的适應性、耐受性均不同,改變水環境因子給魚類腸道微生物生态位帶來的影響也不盡一緻。總而言之,水體污染物可破壞魚類腸道微生态環境,降低免疫力,幹擾機體正常代謝,而适度的pH、鹽度等理化因子的改變反而會有益于腸道益生菌的生長,給魚類帶來正向效應。但目前在該領域的研究還相對薄弱,有待進一步深入開展分析。

4 其他因子對魚類腸道菌群的影響

4.1 物種、基因型、發育階段對魚類腸道菌群的影響

除了飼料、水環境等外源性因素可影響魚類腸道菌群外,不同的魚類物種、同一物種的不同基因型、同一個體的不同發育階段等内源性因素同樣可對魚類腸道菌群的組成結構産生影響。對養殖于同一水體的銀鲫、草魚、花鲢、團頭鲂的腸道菌群進行分析,發現不同物種間的腸道中原核微生物類群存在顯著性差異,而真核類群基本相同[79]。将具有快速生長特性的轉基因鯉與野生型比較,其腸道主要微生物類群為變形菌門、梭杆菌門、拟杆菌門和厚壁菌門,與野生型鯉存在明顯不同,且拟杆菌門與厚壁菌門比例顯著下降,能量擷取增加,生長速率加快[28]。而對斑點叉尾鮰[26]及斑馬魚[80] 不同發育階段腸道菌群的研究結果證明,魚類胚胎孵化後各個生理發育階段的腸道微生物類群均不相同,而且這種變化并不依賴于養殖環境和餌料的變化。在發育階段的初期,腸道菌群的組成與養殖環境較為一緻,而随着年齡的增加,腸道菌群結構更為複雜,個體之間的差異也逐漸增大。目前,國内外在開展魚類腸道菌群的研究過程中對于内源性的影響因素考慮較少,如遺傳背景是否一緻,取樣的時間階段是否具有代表性,有無考慮不同魚類的不同性别比例,而這些因素均有可能幹擾到最後的實驗結論,是以需要引起高度重視。

4.2 養殖模式及投喂政策對魚類腸道菌群的影響

随着水産養殖業的不斷發展,新的養殖模式及養殖技術正在不斷創新,而這些模式及養殖技術的改變是否會影響養殖魚類的腸道微生态平衡值得關注。工廠化高密度養殖是未來水産養殖發展的方向,Wong等[81]對高密度養殖條件下的虹鳟腸道菌群進行了分析,結果顯示,腸道微生物類群并無明顯改變,且對飼料轉化率、增重率、肉質均無影響。Ingerslev等[82]用不同的開口餌料飼喂虹鳟,發現養殖水産動物開口餌料對其腸道微生物的定植非常關鍵,将影響到魚類後續整個發育階段的腸道微生态平衡。而在養殖階段,如果對亞洲海鲈采取饑餓處理,其腸道中拟杆菌門顯著性富集,而β-變形菌門豐度顯著性下降,微生物組中與抗菌活性相關的功能基因顯著富集,同時宿主與免疫相關的功能基因表達也明顯上調[83]。上述研究結果提示我們,在魚類的人工養殖過程中,采用适當的養殖模式及投喂政策,可以有效改善魚類的腸道微生态環境,提高魚體健康水準。

5 魚類腸道菌群研究方法及政策

魚類腸道菌群組成結構的研究在下一代測序技術(NGS)的幫助下已經可以輕松實作,然而更深層次的關于魚類腸道菌群與宿主在營養代謝、免疫刺激、内分泌調控等方面的分子機制研究亟需深入展開。國内外學者結合NGS技術 (宏基因組、宏轉錄組、宏代謝組)、微生物純培養技術 [84-85]、無菌斑馬魚模型 [41, 86-87]、糞菌移植[88]技術和電鏡技術[87]等已進行了相關工作的開展,主要研究方法及政策見圖2。選擇何種微生物樣品、采取何種DNA提取方法、測序平台分析需要依據不同的實驗設計及目的而定。6 未來魚類腸道菌群研究方向

随着腸道菌群研究水準的不斷深入,科學家們已經意識到腸道微生物對于機體健康的重要性。在未來魚類腸道菌群研究過程中,有幾點值得關注:(1)随着三代測序技術的快速發展,魚類腸道菌群的研究應逐漸由目前的屬水準的定性研究拓展到種水準的定性、定量及功能研究;(2)可培養技術是微生物研究的基石,應加大對可培養技術的研究,定向擷取更多的魚類腸道土著純培養物,尤其是益生菌;(3)在研究方法政策上,應注重區分不同魚類性别、遺傳背景、腸道不同取樣部位、樣品類型(腸道黏液、内容物或糞便)給實驗結果帶來的誤差; (4)腸道菌群對機體健康的影響除基礎代謝外,對魚類行為學、神經内分泌等方面的研究也亟待加強。

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