張美玲, 杜震宇

(華東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院水生動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與環(huán)境健康實(shí)驗(yàn)室,上海 200241)

水生動(dòng)物腸道微生物研究進(jìn)展

張美玲, 杜震宇

(華東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院水生動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與環(huán)境健康實(shí)驗(yàn)室,上海 200241)

動(dòng)物體消化道棲息著一個(gè)數(shù)量龐大、種類(lèi)繁多的微生物群落,腸道微生物與宿主生理代謝的相互關(guān)系已成為國(guó)際生物學(xué)界研究的熱點(diǎn)之一.然而與高等動(dòng)物相比,水生動(dòng)物這方面的研究尚處于起步階段.本文從水生動(dòng)物腸道共生微生物形成的影響因素、水生動(dòng)物腸道微生物的組成特點(diǎn)、腸道微生物對(duì)宿主的影響以及腸道微生物生態(tài)學(xué)研究策略方面綜述了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究取得的進(jìn)展,闡述了消化道微生物分子生態(tài)學(xué)研究在水生動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)代謝、免疫及發(fā)育調(diào)控中的意義和發(fā)展前景.

腸道微生物; 水生動(dòng)物; 益生菌; 免疫調(diào)節(jié); 營(yíng)養(yǎng)代謝

0 引 言

動(dòng)物體消化道內(nèi)棲息著一個(gè)數(shù)量龐大的微生物群落,約含1 000～5 000種微生物[1],并由此在宿主腸道內(nèi)形成了一個(gè)復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)(micro-ecosystem)[2].目前已知,消化道菌群與宿主及消化道環(huán)境(如食物、體溫、p H值等)三者之間構(gòu)成了相互作用與依賴的“三角”關(guān)系,共同參與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化、吸收及能量代謝的過(guò)程[3].在高等動(dòng)物中,已有很多研究闡明腸道微生物參與宿主營(yíng)養(yǎng)代謝或免疫調(diào)節(jié).新近的研究工作發(fā)現(xiàn),人體腸道內(nèi)的擬桿菌具有獨(dú)特的碳水化合物結(jié)合結(jié)構(gòu)域,可以有效地提高細(xì)菌對(duì)于膳食纖維的結(jié)合能力,增強(qiáng)其降解多糖的效率,幫助宿主利用膳食中的多糖類(lèi)物質(zhì)[4].人體腸道內(nèi)的柔嫩梭菌(Faecalibacterium prausnitzii)通過(guò)分泌特定的代謝物阻斷NF-κB的激活及IL-8的產(chǎn)生,從而抑制腸道炎癥疾病的發(fā)生[5].隨著對(duì)腸道微生物功能解析工作的逐步深入,現(xiàn)在學(xué)界已逐漸認(rèn)識(shí)到,在動(dòng)物生理學(xué)尤其營(yíng)養(yǎng)代謝研究中,必須充分考慮腸道細(xì)菌的作用.當(dāng)前,高等動(dòng)物腸道微生物與宿主生理代謝的相互關(guān)系與調(diào)控機(jī)制已成為國(guó)際生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的研究熱點(diǎn)之一.然而水生動(dòng)物腸道微生物與宿主生理的關(guān)聯(lián)與調(diào)控研究尚處于起步階段.相比于陸生脊椎動(dòng)物,水生動(dòng)物處于更為復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境之中,其腸道微生物結(jié)構(gòu)和陸生動(dòng)物相比具有更大的多樣性和復(fù)雜性[6],這也給水生動(dòng)物腸道微生物研究帶來(lái)了挑戰(zhàn).盡管如此,國(guó)內(nèi)外仍有一些學(xué)者對(duì)水生動(dòng)物腸道微生物進(jìn)行了初步研究,并取得了較好的進(jìn)展.

1 水生動(dòng)物腸道微生物結(jié)構(gòu)形成的影響因素

與其它動(dòng)物相類(lèi)似,目前的研究表明水生動(dòng)物的遺傳背景、飼養(yǎng)環(huán)境、飼料組分均可以顯著影響其腸道微生物的結(jié)構(gòu)組成.關(guān)于宿主的遺傳背景對(duì)腸道微生物的影響目前在國(guó)內(nèi)外均有報(bào)道,研究發(fā)現(xiàn)處于不同生長(zhǎng)環(huán)境中的斑馬魚(yú)腸道存在一個(gè)核心菌群[7],而生活在同一淡水環(huán)境中的銀鯉、草鯉、鳙魚(yú)和武昌魚(yú)幼魚(yú)腸道細(xì)菌結(jié)構(gòu)并不相同[8].Zhang等人研究了綜合養(yǎng)殖池中三角帆蚌、草魚(yú)、鳊、銀鯽、青魚(yú)和鳙的腸道微生物組成,結(jié)果表明同一養(yǎng)殖環(huán)境中的水生生物腸道微生物群落具有明顯的物種特異性,并與食性存在一定相關(guān)性[9].一般認(rèn)為,宿主的遺傳背景及食性是腸道微生物結(jié)構(gòu)形成的主要決定因素.此外,飼料組分、飼養(yǎng)環(huán)境和投飼策略也會(huì)在某種程度上影響腸道微生物的組成.本實(shí)驗(yàn)室的研究表明,利用不同脂肪源飼料飼喂凡納濱對(duì)蝦(Litopenaeus vannamei)8周,不同處理組凡納濱對(duì)蝦腸道微生物具有一個(gè)不受飼料組分影響的“核心菌群”,但不同的脂肪源會(huì)對(duì)腸道內(nèi)某些種屬的細(xì)菌產(chǎn)生較為明顯的影響[10].類(lèi)似的現(xiàn)象在其它物種中也有報(bào)道,如Ringo利用纖維素和不含淀粉的多糖飼喂三文魚(yú)(Salmo salar)4周后,發(fā)現(xiàn)不同飼料對(duì)腸道微生物的種群數(shù)量沒(méi)有明顯影響,但對(duì)微生物的組成則具有較大的影響[11].Rungrassamee等人利用高通量測(cè)序技術(shù)比較了野生條件與人工飼養(yǎng)條件下斑節(jié)對(duì)蝦(Penaeus monodon)腸道微生物的組成,結(jié)果表明兩種環(huán)境下生活的斑節(jié)對(duì)蝦腸道內(nèi)存在一些共有的微生物,同時(shí),不同的飼養(yǎng)環(huán)境也會(huì)對(duì)腸道內(nèi)細(xì)菌產(chǎn)生一定的影響[12].Wong等人研究了不同飼料組分以及不同飼養(yǎng)密度下虹鱒(Oncorhynchusmykiss)的腸道微生物組成,發(fā)現(xiàn)不同飼養(yǎng)條件下的虹鱒腸道具有一個(gè)核心的微生物菌群,飼料組分與養(yǎng)殖密度僅會(huì)影響腸道內(nèi)某些細(xì)菌的結(jié)構(gòu)變化[13].Sullam等人發(fā)現(xiàn)海水魚(yú)與淡水魚(yú)的腸道微生物組成具有明顯的差異,提示水體鹽度可能是影響水生動(dòng)物腸道微生物結(jié)構(gòu)組成的因素之一[14],但是由于該研究選取的水生動(dòng)物種類(lèi)不同,因此并不能排除物種差異對(duì)腸道微生物組成的影響.本實(shí)驗(yàn)室對(duì)生活在不同鹽度環(huán)境中的尼羅羅非魚(yú)及凡納濱對(duì)蝦的腸道微生物組成進(jìn)行研究,結(jié)果表明,鹽度可以顯著影響水生動(dòng)物腸道微生物的組成,在所測(cè)試的兩個(gè)物種中,鹽度對(duì)微生物結(jié)構(gòu)的影響具有一致性,這一研究也將為解釋廣鹽性的水生動(dòng)物在不同鹽度環(huán)境下?tīng)I(yíng)養(yǎng)代謝能力的差異提供依據(jù)(張美玲等,待發(fā)表).除了飼料組分和飼養(yǎng)環(huán)境可能影響水生動(dòng)物腸道菌群的組成之外,饑餓-攝食的代謝節(jié)奏轉(zhuǎn)換也能影響水生動(dòng)物腸道菌群的組成結(jié)構(gòu).李星浩等人以銀鯽作為研究對(duì)象,發(fā)現(xiàn)銀鯽在饑餓和恢復(fù)投喂時(shí)腸道微生物組成具有顯著差異[15],而本實(shí)驗(yàn)室近期在羅非魚(yú)上的研究也證明了這一觀點(diǎn)(孫玉紅等,待發(fā)表).綜上所述,筆者認(rèn)為,與高等陸生動(dòng)物類(lèi)似,水生動(dòng)物宿主的遺傳背景和食性依舊是影響腸道微生物結(jié)構(gòu)的主要原因,而外界環(huán)境可以在一定程度上影響腸道內(nèi)某些敏感菌群的組成,但是對(duì)于水生動(dòng)物核心菌群的影響并不大.由于腸道微生物組成具有個(gè)體差異,不同的研究所涉及的影響因素不盡相同,因此,目前關(guān)于影響水生動(dòng)物腸道微生物組成結(jié)構(gòu)的因素在不同研究中仍有相悖之處.要客觀地反映某種條件對(duì)宿主腸道微生物組成的影響,應(yīng)在設(shè)計(jì)單一變量實(shí)驗(yàn)的同時(shí),結(jié)合豐富的樣本數(shù)量與多樣化的統(tǒng)計(jì)分析手段獲得較為可信的結(jié)論.

2 水生動(dòng)物腸道微生物的組成

水生動(dòng)物由于其生活環(huán)境、食性及腸道結(jié)構(gòu)的多樣性,其腸道內(nèi)微生物的主要類(lèi)群也各有不同.邢孟欣等構(gòu)建了肉食性的大菱鲆腸道微生物的16S r RNA基因文庫(kù),結(jié)果顯示變形菌門(mén)(Proteobacteria)在大菱鲆中占有優(yōu)勢(shì)地位,其中弧菌屬所占的比例最高[16].王純等研究了草食性的草魚(yú)和團(tuán)頭魴,結(jié)果表明這兩種魚(yú)腸道內(nèi)的細(xì)菌主要來(lái)自變形菌門(mén)、梭桿菌門(mén)(Fusobacteria)和厚壁菌門(mén),其中草魚(yú)腸道內(nèi)有少量擬桿菌門(mén)的細(xì)菌[17].雜食性的鰱魚(yú)、鯧魚(yú)、虹鱒腸道內(nèi)優(yōu)勢(shì)的微生物主要來(lái)自變形菌門(mén)和厚壁菌門(mén)[13,18].在對(duì)蝦的研究中,大量數(shù)據(jù)也表明厚壁菌門(mén)、放線菌門(mén)(Actinobacteria)、梭桿菌門(mén)和變形菌門(mén)是蝦腸道內(nèi)的主要類(lèi)群,而擬桿菌門(mén)的檢出率則比較低[10,12,19].在三角帆蚌中,厚壁菌門(mén)、放線菌門(mén)和變形菌門(mén)為優(yōu)勢(shì)細(xì)菌[9].與高等動(dòng)物相比,水生動(dòng)物腸道中梭桿菌門(mén)和變形菌門(mén)的細(xì)菌較多,而擬桿菌門(mén)的細(xì)菌則較少[20].水生動(dòng)物腸道中微生物的確切組成是探索微生物功能的基礎(chǔ),也為揭示不同類(lèi)型微生物在宿主生理代謝中的作用提供了重要的參考依據(jù).然而,目前對(duì)不同自然環(huán)境、不同養(yǎng)殖條件下的水生動(dòng)物腸道微生物的組成研究仍十分匿乏,相關(guān)工作亟需進(jìn)一步開(kāi)展.

3 腸道微生物對(duì)宿主的影響

高等動(dòng)物中的研究已經(jīng)表明腸道微生物相當(dāng)于機(jī)體一個(gè)后天獲得的“器官”,在宿主的營(yíng)養(yǎng)代謝和免疫調(diào)節(jié)等方面均發(fā)揮著重要作用.目前,關(guān)于水生動(dòng)物腸道微生物的功能研究還比較有限,但隨著近年來(lái)無(wú)菌水生動(dòng)物模型的成功構(gòu)建[21],研究者可以精確地控制水生動(dòng)物腸道內(nèi)微生物的定植情況,為水生動(dòng)物腸道微生物功能的解析奠定了基礎(chǔ).

3.1 腸道微生物與宿主營(yíng)養(yǎng)代謝的研究進(jìn)展

在反芻動(dòng)物、小鼠和人體中的研究表明,腸道微生物可以有效地將食物中宿主難以降解的復(fù)雜碳水化合物降解為宿主容易利用的單糖和脂肪酸[22].小鼠中的研究表明,腸道微生物可以影響脂肪在組織中的積累[23].2012年Rawl課題組將熒光標(biāo)記的脂肪酸類(lèi)似物加入無(wú)菌斑馬魚(yú)培養(yǎng)系統(tǒng)中,結(jié)果顯示腸道微生物可以促進(jìn)斑馬魚(yú)腸道上皮及肝臟對(duì)飼料脂肪酸的獲取及細(xì)胞內(nèi)脂滴的形成[24].該研究還發(fā)現(xiàn),飼喂餌料可以使無(wú)菌斑馬魚(yú)腸道中厚壁菌門(mén)的細(xì)菌增加.此外,研究者分別將來(lái)自厚壁菌門(mén)、擬桿菌門(mén)和變形菌門(mén)的3株細(xì)菌接種到無(wú)菌斑馬魚(yú)體內(nèi),結(jié)果顯示來(lái)自厚壁菌門(mén)的細(xì)菌可以增加斑馬魚(yú)腸道上皮脂滴的數(shù)量,而來(lái)自于擬桿菌門(mén)或變形菌門(mén)的細(xì)菌不會(huì)使脂滴的數(shù)量增加,只會(huì)使已有的脂滴增大[24].這表明不同類(lèi)型的細(xì)菌在宿主脂類(lèi)代謝中發(fā)揮著不同的作用,但是這些細(xì)菌通過(guò)何種機(jī)制來(lái)調(diào)控宿主脂類(lèi)代謝,目前尚不明確.

一些與脂代謝相關(guān)的基因,如Ppara,Fiaf,Cpt1a,Cpt1b和Fbp1在動(dòng)物處于饑餓狀態(tài)時(shí)會(huì)高表達(dá),促進(jìn)脂類(lèi)分解,為宿主提供能量.Gondon小組研究發(fā)現(xiàn)這些基因的同源基因在無(wú)菌斑馬魚(yú)體內(nèi)表達(dá)量上調(diào),這一現(xiàn)象說(shuō)明由于腸道微生物的缺失,宿主吸收利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的功能減退,無(wú)菌動(dòng)物表現(xiàn)出類(lèi)似于正常動(dòng)物處于饑餓時(shí)的生理狀態(tài)[25].除此之外,無(wú)菌斑馬魚(yú)在蛋白質(zhì)吸收方面也表現(xiàn)出一定的缺陷,包括腸道蠕動(dòng)速度加快、腸道末端不能吸收蛋白質(zhì)大分子等[25].同時(shí),轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸或短肽的基因在無(wú)菌斑馬魚(yú)體內(nèi)高表達(dá),這意味著無(wú)菌斑馬魚(yú)可能通過(guò)上調(diào)這些轉(zhuǎn)運(yùn)基因來(lái)彌補(bǔ)自身在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收利用時(shí)的缺陷[25].由此,研究者證實(shí)腸道微生物在斑馬魚(yú)的脂類(lèi)代謝、蛋白質(zhì)代謝等過(guò)程中同樣發(fā)揮著重要的作用.由于其它水生動(dòng)物無(wú)菌動(dòng)物模型的缺失,腸道微生物在其它水生動(dòng)物中的功能研究尚不完整.Asakura等人利用NMR以及二代測(cè)序技術(shù)分析檢測(cè)了日本沿海多種魚(yú)體的腸道代謝組與微生物組信息,為相關(guān)工作的開(kāi)展提供了一類(lèi)可參考的技術(shù)途徑[26].當(dāng)前,此方面的研究主要集中在不同飼料投喂,腸道微生物的組成變化以及水生動(dòng)物宿主本身生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定上,而對(duì)腸道微生物在水生動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)物代謝過(guò)程中的作用機(jī)制的了解則幾乎是一片空白.

3.2 腸道微生物與水生動(dòng)物發(fā)育的研究進(jìn)展

早在2004年,就有研究表明與DNA復(fù)制和細(xì)胞分裂相關(guān)的基因在無(wú)菌斑馬魚(yú)和普通斑馬魚(yú)中有明顯的表達(dá)差異,這些基因包括與胸苷酸激酶基因(Dtymk),微小染色體維持基因(Mcm2,Mcm3,Mcm5和Mcm6),起始識(shí)別復(fù)合物亞基4(Orc4l),增殖細(xì)胞核抗原(Pcna)以及核糖核苷酸還原酶亞基M2(Rrm3)[25].2006年,Guillemin K課題組在觀察無(wú)菌斑馬魚(yú)腸道發(fā)育特點(diǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn),與正常的斑馬魚(yú)相比,無(wú)菌斑馬魚(yú)腸道上皮細(xì)胞分化出現(xiàn)障礙,腸道缺乏刷狀緣堿性磷酸酶(brush border intestinal alkaline phosphatase)活性,糖復(fù)合物表達(dá)譜尚不成熟,杯狀細(xì)胞(goblet)和腸內(nèi)分泌細(xì)胞(enteroendocrine cell)數(shù)量較少等生理異常[27].后續(xù)研究表明,腸道共生細(xì)菌細(xì)胞壁上的脂多糖(LPS)可以誘導(dǎo)腸道堿性磷酸酶的活性[28];而腸道內(nèi)的某些細(xì)菌如Aeromonasveronii可以分泌一些能被腸道上皮細(xì)胞Myd88蛋白感知的信號(hào)分子,從而促進(jìn)腸道上皮細(xì)胞的增殖[29].目前,這方面的研究也主要集中在斑馬魚(yú)上,在其他水生動(dòng)物中尚未見(jiàn)明確的報(bào)道.

3.3 腸道微生物與水生動(dòng)物免疫的研究進(jìn)展

與其它低等的模式生物如線蟲(chóng)相比,斑馬魚(yú)已經(jīng)具有獲得性免疫反應(yīng),但是這一反應(yīng)一般要在斑馬魚(yú)孵化4周后才會(huì)顯現(xiàn)出來(lái).由于無(wú)菌斑馬魚(yú)目前尚難以存活到4周[30],所以在無(wú)菌斑馬魚(yú)上關(guān)于免疫反應(yīng)的研究主要集中于其固有免疫反應(yīng)方面.研究發(fā)現(xiàn),在無(wú)菌斑馬魚(yú)中,一些在小鼠中常見(jiàn)的固有免疫反應(yīng)組分如血清淀粉樣蛋白A1(Serum amyloid A1,Saa1),C反應(yīng)蛋白(C-reactive protein,Crp),補(bǔ)體3(Complement component 3, C3),血管生成素4(Angiogenin 4,Ang4),細(xì)胞因子抑制因子3(suppressor of cytokine signaling 3,Socs3),髓過(guò)氧化物酶同系物(Myeloperoxidase homolog,Mpx),氧化應(yīng)激反應(yīng)基因(Oxidative stress response gene,Gp x2)的同源體表達(dá)量降低,而在無(wú)菌斑馬魚(yú)腸道內(nèi)定植適當(dāng)微生物后,這些基因的表達(dá)量則有所增加[25],這證明腸道微生物在宿主免疫系統(tǒng)發(fā)育和成熟過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用.

Lazado等發(fā)現(xiàn)來(lái)自大西洋鱈魚(yú)(Atlantic cod)腸道的兩種細(xì)菌(Pseudomonas sp.和Psychrobacter sp.)可以產(chǎn)漆酶[30].此研究發(fā)現(xiàn),細(xì)菌發(fā)酵后所產(chǎn)生的漆酶粗提物可以使鱈魚(yú)頭腎細(xì)胞增殖,產(chǎn)生較高的髓過(guò)氧化物酶(myeloperoxidase)和酸性磷酸酶(acid phosphatase)活性,但是該研究也表明腸道細(xì)菌所產(chǎn)生的漆酶粗提物不會(huì)促進(jìn)頭腎細(xì)胞分泌抗菌物質(zhì)[31].該課題組又將這兩種腸道細(xì)菌進(jìn)行熱失活處理,并用活菌與熱失活的細(xì)菌與鱈魚(yú)的頭腎細(xì)胞(Leucocytes)孵育,3 h后,檢測(cè)頭腎細(xì)胞的免疫指標(biāo),結(jié)果表明活菌與熱失活細(xì)菌均可以誘導(dǎo)頭腎細(xì)胞中與細(xì)菌防御相關(guān)基因的表達(dá),但是兩種處理的細(xì)菌對(duì)于免疫基因的誘導(dǎo)程度以及誘導(dǎo)機(jī)制上存在較大的差異[32].這些研究表明腸道微生物對(duì)于宿主免疫應(yīng)答的誘導(dǎo)經(jīng)歷不同的信號(hào)通路,而對(duì)這些關(guān)鍵分子或關(guān)鍵通路的發(fā)掘可通過(guò)人工調(diào)控增強(qiáng)水產(chǎn)動(dòng)物抗病性,開(kāi)發(fā)新型功能飼料提供相應(yīng)的理論基礎(chǔ).

3.4 水生動(dòng)物益生菌研究進(jìn)展

益生菌和益生元目前已被廣泛的應(yīng)用于人類(lèi)或其它哺乳動(dòng)物的食物或飼料產(chǎn)品中.益生菌是指可以改善宿主(動(dòng)物或人類(lèi))腸內(nèi)微生態(tài)的平衡,并對(duì)宿主有正面效應(yīng)的活性微生物;而益生元?jiǎng)t是一類(lèi)可刺激消化系統(tǒng)中的益生菌生長(zhǎng)或活化的物質(zhì).益生菌在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)、代謝免疫方面的研究目前也是國(guó)內(nèi)外研究者的關(guān)注熱點(diǎn).Lokesh等人利用酵母產(chǎn)生的甘露聚糖(YM),純化的B-葡聚糖(B-glucan)飼喂大西洋鱈魚(yú)(Atlantic cod)5周后發(fā)現(xiàn),兩種益生元的添加均可以提高鱈魚(yú)抵御病原菌的免疫力[33].Liu等人利用益生菌Bacillus subtilis E20飼喂鯰魚(yú)4周,結(jié)果表明飼料中添加B.subtilis組的鯰魚(yú)與對(duì)照組相比,其生長(zhǎng)指標(biāo)、固有免疫性能和疾病防御能力均有明顯提高[34].Qin等利用經(jīng)幾丁質(zhì)酶處理后的蝦殼幾丁質(zhì)飼喂羅非魚(yú),結(jié)果表明,一定濃度的幾丁質(zhì)寡聚糖添加可以顯著影響羅非魚(yú)腸道微生物的組成;對(duì)照組與添加幾丁質(zhì)寡聚糖組的羅非魚(yú)在體重、飼料轉(zhuǎn)化率及存活率方面沒(méi)有顯著差異,但是處理組羅非魚(yú)的TNF-a,熱休克蛋白Hsp70的表達(dá)量比對(duì)照組有明顯下降;在受到A.hydrophila感染時(shí),處理組羅非魚(yú)的存活率也明顯優(yōu)于對(duì)照組[35].此外,作為益生元,低聚木糖、黃芪多糖和甘露寡糖等也被廣泛應(yīng)用于水生動(dòng)物飼料中,并顯現(xiàn)出較好的促生長(zhǎng),提高免疫力的作用.目前的研究認(rèn)為益生元和益生菌的主要作用表現(xiàn)為提高腸道消化酶活性、增加腸道皺襞面積和肌層厚度,促進(jìn)腸道內(nèi)雙歧桿菌或乳酸菌的生長(zhǎng)[36-37].也有學(xué)者認(rèn)為益生菌的益生功能不是降低宿主的炎癥反應(yīng)或產(chǎn)生殺菌分子,而是由于益生菌具有特異的粘附因子(adhesion factor)(如F菌毛),便于益生菌在斑馬魚(yú)幼魚(yú)中的定植[38].從目前的研究看,不同種類(lèi)的益生菌或益生元對(duì)于宿主的益生作用機(jī)理不盡相同.筆者認(rèn)為,就今后的水生動(dòng)物益生菌方面的研究而言,除了考慮益生菌對(duì)宿主生長(zhǎng)、免疫等方面的促進(jìn)作用之外,更應(yīng)研究其作用機(jī)制,為益生菌或益生元產(chǎn)品的科學(xué)應(yīng)用與開(kāi)發(fā)提供可靠的理論依據(jù).

4 水生動(dòng)物腸道微生物研究策略及發(fā)展前景

水生動(dòng)物腸道微生物的研究最早基于微生物的純培養(yǎng),但是純培養(yǎng)的方法在研究環(huán)境微生物組成時(shí)往往存在培養(yǎng)條件復(fù)雜或一些環(huán)境細(xì)菌難以進(jìn)行純培養(yǎng)等局限性.隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展,如變性梯度凝膠電泳(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis,DGGE),末端片段長(zhǎng)度多態(tài)性(Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism,TRFLP)等指紋圖技術(shù)已被應(yīng)用到水生動(dòng)物腸道微生物組成的研究中[12,39].這些方法成本較低,但研究者難以通過(guò)這些技術(shù)直接了解樣品中微生物的組成信息.隨著高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展,這一問(wèn)題已得到解決.雖然高通量測(cè)序目前所能測(cè)得的片段長(zhǎng)度較短,但仍是目前測(cè)定樣本中微生物組成信息的首選方法.

水生動(dòng)物腸道微生物的研究目標(biāo)并不僅僅是檢測(cè)樣品中微生物的組成,更重要的是揭示腸道微生物在宿主營(yíng)養(yǎng)代謝或免疫調(diào)節(jié)中的作用,為后續(xù)開(kāi)發(fā)功能飼料,調(diào)節(jié)腸道微生物的結(jié)構(gòu)提供指導(dǎo).筆者認(rèn)為,今后水生動(dòng)物腸道微生物的研究重點(diǎn)應(yīng)聚焦于如下幾個(gè)方面:①通過(guò)了解微生物的組成信息,設(shè)計(jì)培養(yǎng)條件,嘗試從水生動(dòng)物腸道中分離功能微生物,為揭示腸道微生物的具體功能、開(kāi)發(fā)功能細(xì)菌奠定基礎(chǔ);②通過(guò)對(duì)腸道微生物的宏基因組測(cè)序,篩選功能基因,并對(duì)這些基因進(jìn)行體外表達(dá)與純化,開(kāi)發(fā)新型的酶制劑(比如適于在低溫條件下反應(yīng)的酶類(lèi));③通過(guò)研究影響腸道微生物組成的影響因素,實(shí)現(xiàn)對(duì)水生動(dòng)物腸道微生物組成結(jié)構(gòu)的人為調(diào)節(jié);④通過(guò)研究腸道微生物對(duì)水生動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)代謝或免疫機(jī)能的調(diào)節(jié)機(jī)制,為后續(xù)開(kāi)發(fā)功能飼料提供依據(jù).總之,水生動(dòng)物腸道微生物功能與調(diào)控的研究意義重大,腸道微生物資源的開(kāi)發(fā)更具有極大的現(xiàn)實(shí)意義和產(chǎn)業(yè)前景.然而,目前該領(lǐng)域仍有大量基礎(chǔ)工作亟待開(kāi)展,需要微生物學(xué)、水生動(dòng)物生理學(xué)和飼料營(yíng)養(yǎng)學(xué)等領(lǐng)域的研究者進(jìn)行緊密的協(xié)作研究,深入了解水生動(dòng)物腸道微生物的結(jié)構(gòu)組成及其對(duì)宿主代謝與抗逆的影響機(jī)制,以期為促進(jìn)我國(guó)的微生物資源開(kāi)發(fā)、推動(dòng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo).

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(責(zé)任編輯 張 晶)

Review and perspective:Function of intestinal microbiota in aquatic animals

ZHANG Mei-ling, DU Zhen-yu
(Laboratory of Aquaculture Nutrition and Environmental Health(LANEH),School of Life Sciences, East China Normal University,Shanghai 200241,China)

The digestive tracts of vertebrates harbors complex assemblages of bacterial community,which play important roles in nutrient absorption,immune regulation and epithelial development in the host.Although aquatic animals represent the biggest taxonomic and ecological diversity,our knowledge about their intestinal bacteria composition and function is limited.This paper summarizes the recent progress in the research of intestinal bacteria,including the factors influencing the intestinal microbiota assemble,features of the intestinal microbiota in aquaculture and the relationship between the host and the intestinal bacteria,and suggestes the significance and perspective of microbial ecology in aquaculture in future.

intestinal microbiota; aquaculture;probiotic; immune modulation; metabolism

Q938.1

A

10.3969/j.issn.1000-5641.2016.01.001

1000-5641(2016)01-0001-08

2015-01

國(guó)家“973”重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(2014CB138603);國(guó)家自然科學(xué)基金(31272676/C190401)

張美玲,女,副教授,研究方向?yàn)槟c道微生物與宿主營(yíng)養(yǎng)代謝. E-mail:mlzhang@bio.ecnu.edu.cn.