近几年研究表明,肠道微生物参与肠道对氨基酸的代谢。氨基酸在动物机体内存在肠道首过代谢(firstpass metabolism)。研究发现,日粮中约有30%～60%的必需氨基酸在肠道代谢中被肠上皮细胞直接分解利用,无法吸收进入血液。有研究报道,猪小肠上皮细胞只能代谢支链氨基酸,无法氧化其他必需氨基酸;我们推测,肠道细菌可能参与了这些氨基酸的分解过程。最新的体外研究结果显示,猪小肠的肠腔微生物具有降解必需氨基酸的能力。然而,肠道微生物不仅含有肠腔微生物,还包括肠壁松散连接微生物和紧密连接微生物,它们的组成与数量各不相同,这被称为肠道微生物的区室化(compartmentlization)。不同区室微生物对氨基酸的代谢是否一致,目前还不清楚。相对于小肠,大肠微生物在数量和组成上都不同,其对氨基酸的代谢也不同。而目前关于大肠微生物对大肠氨基酸发酵影响的研究较少。本研究以断奶仔猪和大鼠为研究对象,结合体外培养和动物试验,旨在研究小肠微生物在氨基酸代谢和大肠微生物在氨基酸发酵过程中发挥的重要作用。1不同区室小肠微生物对氨基酸的体外代谢选取了 4头出栏杜长大猪的空肠和回肠,分别从食糜、肠壁冲洗物和肠段上分离出肠腔微生物、松散连接微生物和紧密连接微生物的接种物,并将其接种至只含单一氨基酸的厌氧培养基中,培养24h,测定0,6, 12, 24 h培养基中氨基酸的浓度。然后,以24h的培养液作为接种物进行继代培养,连续培养30代,测定第10, 20, 30代0和24 h培养基中氨基酸的浓度。结果显示:在肠腔微生物组中,除苯丙氨酸以外的所有氨基酸在回肠中均有所消失,同时氨的含量升高;而在空肠中,谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸和赖氨酸的浓度降低了 60-95%。在紧密连接微生物组中,所有的氨基酸在开始的12h内逐渐增加,随后逐渐降低,同时,氨的水平呈先降低后增高的趋势,提示肠壁微生物对氨基酸的代谢是先合成后分解的。其中,空肠和回肠组的谷氨酸、空肠组的组氨酸和回肠组的赖氨酸在前12 h显著增加(P< 0.05),在24 h有所降低。谷氨酰胺和精氨酸浓度在前12 h没有显著变化,随后显著降低。空肠赖氨酸和回肠苏氨酸在前6和12h显著增加(P<0.05)。在松散连接微生物组中,氨基酸的代谢没有规律。空肠谷氨酸、蛋氨酸和赖氨酸浓度在24 h显著降低(P < 0.05),空肠的谷氨酰胺和苏氨酸以及回肠的谷氨酰胺和赖氨酸浓度在12 h显著增加(P< 0.05)。继代培养中,微生物对氨基酸的代谢,无论是分解还是合成作用,都降低了约20-40%,但对支链氨基酸几乎不代谢。各区室微生物对赖氨酸的代谢率始终维持在90%,提示各区室的微生物均可大量利用赖氨酸。对24h培养液中微生物的组成进行分析发现,空肠中不同区室微生物在组成上有明显差别,而在回肠中差别较小。对于异亮氨酸和亮氨酸,肠腔微生物的多样性与紧密连接微生物相近,但显著高于松散连接微生物(P <0.05)。对于谷氨酰胺和缬氨酸,肠腔微生物的多样性与松散连接微生物相近,但是显著低于紧密连接微生物(P< 0.05)。继代培养30代后,精氨酸、缬氨酸、谷氨酰胺和亮氨酸组中各区室微生物的多样性不尽相同,然而在回肠中却较穗定。这些结果表明,肠腔微生物优先利用氨基酸,而肠壁紧密连接微生物具有合成氨基酸的能力,并且小肠微生物对支链氨基酸代谢的贡献很少。2抗生素影响猪小肠微生物对氨基酸的利用选用16窝24日龄断奶仔猪,随机分为两组,分别饲喂基础无抗日粮和添加了抗生素(土霉素、咹乙醇与吉他霉素,各50 mg/kg)的日粮,饲养18天后测定血液生化指标、器官指数、空肠、回肠和血液氨基酸浓度以及空肠和回肠总菌、拟杆菌门和厚壁菌门的数量。结果显示:抗生素显著提高了饲料转化率(P= 0.02),但对采食量和日增重无显著影响(P> 0.05)。抗生素显著降低了空肠和回肠肠腔氨基酸浓度(P<0.05),提高了血液氨基酸和尿素氮的浓度(P< 0.05)。抗生素组仔猪回肠总菌和厚壁菌数量显著降低(P< 0.05),空肠大肠杆菌显著上升(P< 0.05)。抗生素的添加对仔猪器官指数没有显著影响(P> 0.05)。试验结果提示,日粮添加抗生素可显著改变小肠微生物菌群结构和氨基酸的代谢,这也证明了小肠微生物和宿主间存在对氨基酸代谢的竞争关系。3抗生素对仔猪胃与小肠微生物的影响本章在第二章动物试验的基础上,利用高通量测序技术测定仔猪胃、十二指肠、空肠和回肠肠腔微生物以及十二指肠、空肠和回肠黏膜微生物的组成。结果显示:抗生素显著改变了胃、十二指肠和空肠的菌群结构,但对回肠无显著影响。日粮添加抗生素显著降低了食糜和黏膜中潜在有益菌的数量,如Clostridium和Lactobacillus (P < 0.05),同时还增加了条件致病菌的数量,如大肠杆菌和Streptococcus(p<0.05)。此外,抗生素还能抑制黏膜与肠腔微生物之间的互作。Eubacteria contortum、 Gemmiger formicilis、 E. biforme 和 E. coprostanoligene这四种微生物同回肠肠腔氨基酸浓度显著正相关(P< 0.05),提示这可能是肠道中主要的氨基酸降解菌。综上,抗生素不仅能改变小肠肠腔和黏膜微生物的数量与组成,还能影响它们之间的互作交流,这些都有可能增加病原菌定植肠道的风险。4抗生素影响仔猪结肠微生物对氨基酸的发酵本章在第二章动物试验的基础上,利用高通量测序技术分析了抗生素对结肠微生物的影响,同时测定了蛋白质在大肠的微生物发酵产物。结果显示:日粮添加抗生素可影响个别微生物的相对丰度,但对微生物菌群整体没有显著影响。饲用抗生素可显著增加仔猪结肠戊酸和异戊酸的含量(P<0.05),增加结肠丙酸、丁酸、戊酸、异丁酸和异戊酸的相对含量(P<0.05)。抗生素还可显著增加氨基酸脱羧产物生物胺(腐胺、尸胺和亚精胺)的含量(P<0.05)以及苯酚和吲哚的浓度(P<0.05),结肠中的氨态氮浓度在抗生素组中也有显著增高(P<0.05)。提示,抗生素可增加大肠微生物对氨基酸的代谢,并产生大量的有害代谢物质,影响大肠健康。5结肠细菌的抑制对大鼠大肠氨基酸代谢的影响选取20只健康SPF wistar大鼠,随机分为2组:基础日粮组和饮水饲喂BCM组。于BCM饲喂42d后,宰杀大鼠,分别采集血液和盲肠、结肠食糜,进行指标测定。结果显示:BCM对大鼠生长性能没有影响,但显著降低了血液中的葡萄糖和尿酸浓度(P< 0.05)。经BCM处理后,大鼠盲肠中甲胺、腐胺、苯乙胺、色胺和粪臭素的浓度显著增加(P< 0.05),提示蛋白质代谢增强。BCM可显著降低结肠脂肪酸和碳水化合物的水平(P< 0.05)。BCM显著降低了甲烷菌的数量,同时升高了硫还原菌的数量(P< 0.05)。此外,BCM还影响了结肠微生物的内部结构,降低了放线菌门、酸杆菌门和变形菌门中的许多微生物(P< 0.05)。综上,添加BCM可影响大鼠大肠微生物的结构,抑制大肠微生物的活性,增强微生物对蛋白质的发酵。