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益生菌防控肉鸡坏死性肠炎的研究进展
雷 蕾1，帅 柯1，杨汉博1，肖 昌2*
(1.四川思来生物科技有限公司，四川 成都 610095；2.西南大学生物技术学院，重庆 北碚 400716)
摘 要：肉鸡坏死性肠炎(necrotic enteritis，NE)是产气荚膜梭菌(Clostridium perfringens)导致的严重肠道疾病，每年给养禽业带来巨大的经济损失。由于以前广泛使用饲用抗生素，该病得到了有效的控制，然而，近年来由于耐药性菌株的出现以及药物残留问题，世界各国相继出台了限制或禁用抗生素生长促进剂的监管法规。随着肉鸡无抗生产模式的推行，该病的发病率已逐年提高，严重影响肉鸡的生产，因而迫切需要找到能有效控制肉鸡坏死性肠炎的抗生素替代方案。益生菌是能在肠道中存活并抑制病原菌过度繁殖的有益细菌，研究证实益生菌在控制肉鸡坏死性肠炎方面确实有效，且生产成本相对低，故已成为控制肉鸡坏死性肠炎的研究热点。本文对近年来使用益生菌控制肉鸡坏死性肠炎的相关研究进展进行了总结，以深入了解益生菌的作用机理，同时也为无抗时代的肉鸡坏死性肠炎防控提供有益参考。
关键词：肉鸡；坏死性肠炎；产气荚膜梭菌；益生菌禽肉是人类重要的动物蛋白来源，肉鸡养殖业已成为我国畜牧业中的一大支柱产业。肉鸡健康是养殖者非常关注的问题，为控制疾病和促进肉鸡的生长，抗生素被广泛用作饲料添加剂。由于担忧细菌产生耐药性和抗生素在动物体内残留，尤其是近年来“超级耐药菌”的出现，世界各国相继出台法规，禁止将抗生素生长促进剂用于肉用动物的生产。1997年，欧盟开始限制在动物饲料中使用某些抗生素，随后在2006年统一禁止在动物饲料中使用所有抗生素(feed additives regulation 1831/2003/EC)。2012年和2013年，美国食品和药品管理局颁布了“行业指南第209号和第213号”，建议肉用动物生产行业谨慎使用抗生素。我国农业农村部也于1999年发布了194号公告，宣布从2020年元旦开始全面禁止在饲料中添加抗生素。抗生素生长促进剂的禁用导致某些有经济学意义的重要疾病的发生率重新升高，肉鸡坏死性肠炎(necrotic enteritis，NE)便是其中最重要的疾病之一。例如，法国的NE发生率从1995年的4％增至1999年的12.4％，给肉鸡养殖业带来了巨大的经济损失。因此，在无抗生产模式下，迫切需要找到能有效控制肉鸡NE的抗生素替代方案。近年来，研究人员已经对各种抗生素替代方案在防控疾病方面的效果进行了广泛研究，包括疫苗、噬菌体、溶菌酶、植物提取物、精油、有机酸、益生菌等。益生菌能在动物的肠道中长期定植、存活、繁殖，会对肠道有害菌产生竞争性抑制和杀灭作用，可减少致病菌的数量和由此导致的肠道病变。研究人员已对此进行了广泛的研究，期望将其作为一种抗生素替代方案(单独或与其他联合使用)，用于预防肉鸡NE等疾病的发生。
1 益生菌的定义及其特点
益生菌是通过改善动物肠道内的细菌平衡可提高宿主动物健康水平的一种活菌饲料添加剂。理想的益生菌需具备以下特点：(1)必须来源于宿主动物，且对宿主动物无害；(2)能耐受胃酸和胆汁的消化作用；(3)能在肠道中长时间存活并繁殖；(4)能黏附在肠上皮或黏液上；(5)可产生抑菌物质；(5)能改变免疫反应并调节肠道菌群活性[9]。
2 益生菌的作用机制
益生菌的作用机理包括：(1)通过调节宿主免疫系统并改变肠道中细菌的活性提高动物的免疫力；(2)通过存在于其细胞壁上的肽聚糖成分刺激动物免疫器官的发育；(3)通过竞争性排斥作用维持动物肠道中菌群平衡；(4)产生水解酶(如淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶等)；以帮助动物消化和吸收营养物；(5)降低细菌酶活性和氨产量，中和肠道毒素等；(6)产生短链脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFAs；可降低肠道pH)和细菌素来抑制病原菌的生长与繁殖。
3 常见的益生菌类型及其对产气荚膜梭菌的抑制效果研究发现，许多益生菌菌株具有抗产气荚膜梭菌的活性，如乳酸菌、肠球菌、杆菌和酵母等。每种益生菌可通过不同的作用模式抑制病原菌的生长及其毒性代谢物的产生，目前已经有许多成熟的商用益生菌产品。常见益生菌对产气荚膜梭菌抑制效果总结如下(表1)。
3.1 乳酸菌
某些乳酸菌(lactic acid bacteria，LAB)分离株具有益生特性，可用于预防动物和家禽上极其重要的疾病。天然LAB包括可在任何动物的肠道中分离到的乳杆菌、链球菌、肠球菌和乳球菌，这些LAB分离株可通过维持家禽肠道微生态菌群促进剂动物肠道健康。而且，还发现这些细菌具有抗炎和抑菌作用，因为其可分泌抗菌物质，如细菌素等。LAB可以产生酸类物质，如乳酸等，这些物质可以降低肠腔中的pH，并防止产气荚膜梭菌在肠道中繁殖。此外，益生性乳杆菌，如嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)、罗伊乳杆菌(L. reuteri)和唾液乳杆菌(L. salivarius)，还能调节肉鸡的免疫反应，加速巨噬细胞的吞噬过程。Craven等认为，给肉鸡投喂正常的肠道菌群，将减少产气荚膜梭菌的定植，并降低NE的发生率。Hofacre等研究发现，给肉鸡投喂乳酸菌时，NE所引发的病死率从60％降低至30％。
约氏乳杆菌(Lactobacillus Johnsonii)BS15是分离到的一株益生菌。在饲料中添加约氏乳杆菌BS15可提高肉鸡的生长性能和肉品的营养价值，包括脂肪酸的组成，尤其是多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid，PUFA)的含量。此外，将约氏乳杆菌饲喂肉鸡还可以控制脂肪沉积以及亚临床型坏死性肠炎感染过程中的代谢。其他的益生性植物乳杆菌和罗伊乳杆菌菌株可改善动物肠道健康、增加肠绒毛高度和隐窝深度以及降低肠道黏度来提高体重。固态发酵的益生菌能提高饲料效率，这可以通过增加能量和蛋白驻留时间加以解释。一个乳杆菌分离株(植物乳杆菌16)可提高外周淋巴细胞的增殖和肠黏膜中的γ-干扰素、白介素6(interleukin-6，IL-6)和IL-10表达水平，而另一个益生性菌株(命名为罗伊乳杆菌)则可提高健康家禽体内的血清免疫球蛋白A(immunoglobulin A，IgA)、IgG和IgM的水平。综上，添加植物乳杆菌和罗伊乳杆菌可通过提高血清IgG的水平和降低肠道感染相关性致病力对病原菌(如大肠杆菌、产气荚膜梭菌和肠道螺旋体等)所致疾病产生免疫应答。除此以外，益生菌产生的分泌物与病原菌之间的相互作用在提高动物免疫力方面也起着关键作用，可使肠道结构更加健康。
3.2 肠球菌
粪肠球菌是一种天然存在于动物和人体胃肠道中的细菌。肠球菌分离株具有抗产气荚膜梭菌的特性，因为其通常可以产生抗菌物质(即所谓的促肠活动素)和有机酸，可帮助家禽机体杀灭存在于胃肠道中的致病菌。欧洲食品安全局(EFSA)已经批准将粪肠球菌菌株11181作为一种饲料添加剂，用于改善动物的生长性能。还有一项研究发现，在饲料中添加粪肠球菌，可以增加宿主动物的肠绒毛表面积和改善肠道结构，以帮助其吸收营养物质，并最终提高动物的增重。这些益生菌还可调节动物肠道微生态菌群的构成，并刺激肠道免疫反应。有研究证实，粪肠球菌菌株对肠道病原菌有抵抗力，这些病原菌包括沙门杆菌、大肠杆菌、弯曲杆菌和产气荚膜梭菌。Morishita等发现，嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)和粪球菌(Streptococcus faecium)可使定植在动物空肠中的空肠弯杆菌减少27％。因此，在饲料中添加粪肠球菌，可以控制NE发病率和提高肉鸡的健康状况。
3.3 芽孢杆菌
芽孢杆菌属细菌是一种具有益生特性的革兰阳性菌。该属细菌最重要的特点是能形成芽孢，具有抗逆性，能耐受颗粒料加工过程中的恶劣环境，因此适合大规模培养和工业化生产。在过去的数十年，国内外有关科研人员对该属细菌的研究主要集中在枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)和凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)，具体情况见表1。
枯草芽孢杆菌是广为人知的一种益生菌饲料添加剂，可以防止产气荚膜梭菌的繁殖，提高动物的增重。经口投喂枯草芽孢杆菌，可以调节肉鸡的肠道健康和免疫力，La Ragione和Woodward发现，当使用109个枯草芽孢杆菌孢子接种1日龄和20日龄肉鸡，然后在 24 h使用105 CFU产气荚膜梭菌进行攻毒，产气荚膜梭菌的定植和繁殖受到了抑制。在体外试验中，枯草芽孢杆菌PB6(从健康鸡肠道中分离的一株有益菌)可以产生抗菌物质，对多种梭菌、大肠杆菌和弯曲杆菌菌株具有抑菌活性。最重要的是，枯草芽孢杆菌PB6还能分泌具有抗菌、抗病毒和抗肿瘤特性的表面活性物质，可以中和病原菌及其有毒代谢物。Jayaraman等发现，对试验组和对照组肉鸡攻毒艾美耳球虫和产气荚膜梭菌，随后给它们分别饲喂添加和未添加枯草芽孢杆菌PB6的饲料，结果前者在饲料转化率、NE肠道病变评分、产气荚膜梭菌菌落数、肠绒毛高度与隐窝深度上均优于后者的。综上所述，益生性枯草芽孢杆菌PB6菌株可降低产气荚膜梭菌所引发的肉鸡NE的严重程度。
相关研究证实，地衣芽孢杆菌分离株H2是一种具有益生特性的有益菌，已被广泛用于养禽业。拌入饲料的地衣芽孢杆菌可提高家禽的生长性能，可替代抗生素来控制商业性养禽场中的NE感染，且不会产生任何不良影响。此外，地衣芽孢杆菌还可产生多种水解酶，如蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶等，从而提高肉鸡对营养物质的消化和吸收。给肉鸡预先投喂地衣芽孢杆菌，可以预防产气荚膜梭菌的攻击。宫秀燕等发现，在日粮中添加凝结芽孢杆菌，可显著提高15～35日龄肉鸡的平均日增重，显著降低料重比，提高感染产气荚膜梭菌的肉鸡的免疫器官指数，增强动物的免疫力，降低由产气荚膜梭菌感染引发的肠道损伤程度，Wu等研究认为，在饲料中添加凝结芽孢杆菌，能有效预防肉鸡的NE。
3.4 酵母
早在20世纪20年代，Henri Boulard首先发现，从荔枝果中分离出的某些酵母菌菌株(属于酵母属)具有益生的特性。酵母制品是天然的促生长剂。给肉鸡口服布拉酵母(Saccharomyces boulardii)，可以改善肠道微生态系统，调节肠道结构，并提高细胞因子表达量，进而增强肠道黏膜抵御病原菌的能力。此外，布拉酵母还能提高动物的生长性能，并提高宿主的免疫力来抵御某些致病菌。同时，其还能提高营养因子的活性，如营养物质的运输等，并表现出抗炎特性。同样，酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)也具有益生特性，对动物小肠后段中的致病菌有拮抗作用，这可能是由于其能产生乙醇所致。因此，在饲料中添加酵母可以抑制病原菌家禽肠道中的生长，并改善家禽的健康状况。
4 结语
综上所述，益生菌可以减少产气荚膜梭菌在动物肠道中的生长、定植和毒素的产生，从而降低由产气荚膜梭菌引发的肠道疾病的发生率。但是，其作用的有效成分、明确的作用机制等还有待进一步的深入研究。而且，本文提及的菌属所涵盖的所有菌株并非都具有防治产气荚膜梭菌的效果。在菌株筛选过程中除了考察针对病原菌的抑菌效果外，还需要通过动物试验验证其有效性，特别是验证在模拟实际应用场景的实验性感染中的效果，以确定其是否可作为一种有效的抗生素替代策略。
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