肠道微生物：动物营养新靶点
四川农业大学动物营养研究所 陈代文
一、认识动物营养学
1 动物组成：真核生物+ 原核生物共生体。
2 动物营养是真核营养+原核营养的复合体。动物本身不仅仅是动物本身，还包括其中的微生物。
3 动物营养三大黑箱子：动物的营养不仅仅是通过基因组还通过肠道健康。
1） 宿主的营养
2 ）微生物的营养结构及其组合效应、宿主营养代谢、调控机制及与遗传互作、微生物结构。
3 ）代谢及与宿主的互作作用。
二、肠道微生物的生物学功效
1 肠道微生物对宿主的作用，消化道微生物（microbiota）：被忽略的器官500-1000种，基因组比人类基因高100倍。
2 对肠道的影响：
1）有菌无菌比较: GF不利于发育与功能
2）菌群种类差异：单菌不如复合菌、
3）菌群平衡影响：失衡损害健康
3 无菌与有菌肠道比较，
1）绒毛的发育，血管的发育，淋巴细胞的发育都会影响。
2）无菌动物的肠道免疫缺陷、
3）肠道微生物对肠道致病菌的抵抗机制，肠道微生物作用机制的4条途径。
4）研究表明，猪肠道微生物移植大鼠后的肠道发育，移植后，小鼠肠道中的微生物结构一直，老鼠表现出供体猪的表形。
4 大鼠表现出供体的特征肠细胞增殖分化；小肠消化吸收、小肠发育、小肠屏障功能
5 单一菌vs 复合菌
1）不同微生物定植接种13天后猪小肠长度及肠道指数
2）用单一菌与复合菌比较中发现，复合菌的表现均好于单一菌，单一菌要发挥作用是有条件限制。
6 平衡vs 失衡
1 肠道微生态平衡的保护机制及IBD的致病机制。
2 肠道失衡，主体是有益菌多，加入有益菌并不会产生较大的影响。
三 菌群失调将导致肠道炎性疾病
1 对机体代谢的影响，对糖脂代谢、对蛋白质代谢、抗生素的作用。
2 肝脏生脂作用增强。有菌的老鼠质子合成能力越强。质子与肥胖有关。
3 肠道微生物对宿主能量代谢的调节机制。
4 抑制肠道微生物，降低肠道肝脏蛋白质合成，用抗生素后，明显抑制肠道菌群的数量，另外的试验表明，降低AA分解，增加血液AA，降低血尿素
5 大鼠移植不同表型猪肠道微生物后的代谢，结果表明，受体与供体的表现型相同。结果表明，有可能会跨种传递。
四 肠道微生物可能功效
3 功：1）肠道结构与功能的完整性
2）免疫及对病原微生物的抵抗作用
3）影响机体糖脂蛋白质氨基酸代谢
3 效：Effects
1）提高养分消化吸收率，减少排放。
2）降低腹泻及发病率
3）与营养代谢疾病及畜产品品质有关
五、肠道微生物的营养调控
需要探索的是，食物的量效关系。
1 肠道微生物调控措施
1）影响肠道上皮细胞的形态结构。
2）影响代谢模式的改变。
2 营养调控肠道微生物的途径
3 我们的研究
1） 蛋白质：酪蛋白、大豆蛋白、玉米蛋白、复合蛋白、实用日粮，作为唯一的蛋白源，用于21d的仔猪，结果表明，表形最好的是实用蛋白，最差的是玉米蛋白。
2） 碳水化合物CHO：淀粉、NSP（可溶、不可溶）试验1给猪饲喂不同的淀粉，结果表明，淀粉不同，代谢的途径不同。淀粉不同，质子的氧化链均不同。假设一途径1 没有彻底降解。假设二 通过后肠微生物传递改变了代谢途径。（已验证）
3） 添加纤维的效果，纤维高比纤维低的效果好，甜菜碱等。
通过比较，发现豌豆与小麦纤维比玉米和大豆的效果好。麦麸中起作用的不是纤维而是阿拉伯木聚糖。椰子油的效果也会好。
4）高铜、高鋅，性价比高，但是破坏生态环境。
5）抗生素是最破坏的肠道菌群的平衡。
六、实践策略
1 猪营养系统理念与关键问题，1）宿主2）微生物，成为营养的靶点。
2 时间：生前+生后，提倡母子一体全程饲养。空间：宿主+微生物，吃下去的营养要与宿主、微生物达到同样的目的。
3 营养策略：
1）饲料配制技术；营养需要：精准营养需求参数。
2）营养结构：优化营养素、营养源、添加剂。
3）配方设计：设计全价饲料
4 营养结构：营养要素间的相互关系。
1）营养来源问题，饲料的品种
2）添加剂
3）剂量的问题。
营养平衡：营养结构的系统平衡。
七、全价饲料
1）同时满足动物和微生物需求、保障动物健康和发挥生产潜力的饲料。
2）菌群移植，FMT
八、粪便移植效果
1）FMT可有效保护肠道健康，缓解致炎因子的破坏。
2）大白猪和藏猪免疫功能和菌群差异
3）FMT显著缓解实验性肠炎
4）FMT显著增强免疫功能
5）直接引入SCFA，灌注SCFA降低细胞凋亡，促进细胞增殖。
6）SCFA改善小肠屏障功能
7）SCFA增强小肠免疫功能
结 语
1 肠道微生物：动物营养的靶点与介导者，影响动物健康、生长、生产及品质。
2 微生态平衡:受营养与环境影响。
3 营养结构：决定菌群结构及营养模式。最适合的营养还是未知。
4 粪便移植：改善受体动物健康和生产水平及品质。
猪日粮中饲料添加剂评估使用
美国伊利诺伊大学教授 Dr.Hans Stein
一 铜与鋅的使用
1 根据相关研究比较，硫酸铜、氧化锌单一使用时，效果明显。组合一起的使用效果不是很好。
2 TBcc在200ppm、100ppm时，影响日增重的改进较大。在相关试验中得出铜可以改善猪只的生长性能。鋅有很好的增重效果。
二 益生元与益生菌
1 益生元可以促进动物的肠道健康。
2 益生菌可直接口服。相关研究试验表明，1）微生物可以抵御病原体。2）当菌群中存在病原体时，猪易得病，肠道会改变形态，抵御疾病。
三 糖
糖分为单糖、多糖。而益生元属于低聚糖。
1） 低聚糖加入猪体中，肠道中会形成核苷酸、乳酸、多糖、淀粉等物质。
2） 经过发酵产生的短链脂肪酸，降低病原菌。
3） 添加方法：按照剂量添加、直接饲喂法。有关直接饲喂的研究中发现，1到42天断奶猪的采食量有所增加。
4） 几组添加纤维素的试验表明，低纤维的组分有助于DFM的增加，而日均采食量的指标来看，高纤维组的采食量较低。但，DFM与采食量的影响不大。
5） 试验表明，高纤维加DFM组的饲料利用率最高。粪便排泄中，短链脂肪酸的含量高。
四 核苷酸
1 核苷酸都包括嘧啶、嘌呤、核苷等。在食物中以核苷为主。小肠中通常是脱磷后进行吸收。这些物质可以通过食物获得，也可以通过自身合成。
2 但有许多细胞比如大脑细胞、红细胞等却不能合成核苷酸，只能靠外界获得。
3当仔猪出现应激、免疫抑制等情况出现时，由于能量消耗过大，有可能会导致仔猪疾病的发生。这时应及时补充核苷酸。
4 在保育料中，APM :118 CMP：56 GMP：186 IMP：24 UMP：2.335为此为标准。
5 在研究中还发现，加入核苷酸后，有益菌如，乳酸菌、双歧杆菌有所增加。有害菌如大肠杆菌没有变化。
五 植物提取物
1 植物提取物通常是带有芳香挥发性的复合物。都具有抗病、抗炎的作用。在研究7种植物添加剂的产品中时，这7种产品均具有抗炎杀菌的作用。并且，效果明显。
2 植物提取物对大肠杆菌的试验中发现，植物提取物有很好的抑菌效果。对MUC2黏膜细胞的表面的基因表达有很好的改善作用。
3 大多数植物提取物可以增加TF基因含量。
六 总结
1 任何添加剂都可通过某种手段找到。
2 铜与鋅的使用效果较好，但环境问题值得考虑
3 酸化剂的相应作用要得到充分发挥。
4 益生元与核苷酸的研究应进一步加大。
5 添加剂的效果虽好，但是如何用于商业化还需进一步努力。
七 应用时要考虑的问题
1 该产品是否有独立的应用报告？
2 该产品是否有重复证明效果？
3 该产品的效果是否可以提升效益？
抗生素使用的减少
首席研究员 FLEMMING THORUPDVM, PH. D.
一 世界不同国家猪肉产量
1 2014年数据显示，中国猪肉产量世界第一。
2 丹麦猪肉出口额前10名国家
3 丹麦质量体系：欧盟法规、国内法规、自愿的行业协议、合约生产。
4 丹麦合作社运营的益处：农场利益来源不仅仅是养猪、农场和屠宰场互信的稳定关系、联合研究计划、卓越的交流和信息共享体系、对于改进质量的措施接受较为容易
5 拜访丹麦养猪业后，欧盟2016年有关抗生素的报告指出：丹麦采取的多种鼓励谨慎使用抗生素的综合措施,，以有效解决抗生素耐药性等更广泛的问题，这可以给其他成员国作为一个有效解决抗生素问题的实例。
总之 ：丹麦所采取的措施应在其他欧盟国家推广使用。
二 丹麦方法1
1 谨慎使用抗生素的传统
2 农场主根据处方购买抗生素
3 1968年丹麦实施SPF体系
4 从1994年开始兽医不再售卖抗生素，他们给药房开处方
5 1996年丹麦发布抗生素消费和耐药性报告
6 1998年丹麦养猪协会停止在育肥饲料中使用抗生素生长促进剂
7 2000年丹麦养猪协会停止在所有猪饲料中使用抗生素生长促进剂
8 2006年所有欧盟成员国也禁止使用
三 丹麦方法2
1 2000年起VETSET登记所有农场和兽医的抗生素用量
2 2002年丹麦养猪协会停止对猪使用氟喹诺酮类药物，为人类使用
3 2005年丹麦养猪协会和政府当局列出了所有相关在猪上使用或禁止使用抗生素，并进行排名
4 2010年丹麦养猪协会停止对猪使用头孢菌素类药物，为人类使用
5 2010年丹麦当局出台每头动物抗生素使用的限制量，“黄牌”。
四 丹麦1990-2014的抗生素用量
五 警告
1 各个农场和年龄段抗生素的用量
●按特定的年龄段出抗生素处方
●从药房处收集处方抗生素用量
●各年龄段和农场的动物数量
●由政府当局备案Is recorded by the authorities
●农场主在线注册Registered by the producer online
●各个年龄段的特定限制
●母猪和仔猪Sows with piglets
●断奶仔猪Weaners
●育肥猪Finishers
●如果抗生素用量过高，农场主有9个月的时间降低抗生素用量
●如果仍然超过规定用量，农场主将支付额外的兽医咨询费
2 2005年首次与生猪生产相关的抗生素评价
绿色代表用于特定疾病和病原体结合的抗生素。绿标签的抗菌剂敏感性在80%以上，有良好的药物动力学和人体健康结果的风险分析，评估没有或仅有很低的结果，最好也有能够作为临床疗效的证明文件。用于四类特定疾病和病原体排名的绿标签抗生素举例有普鲁卡因青霉素、泰妙菌素、沃尼妙林和硫酸粘菌素
黄牌代表可使用的抗生素，但最好有可替代物。
红牌代表因高的人类健康结果或低敏感性而不推荐使用的抗生素。红标签的抗生素药品举例有恩氟沙星、麻保沙星、头孢喹肟和其它头孢菌素类药物，但是也有一些敏感度低的特定病原体的抗生素会被贴红标签。
3 SEGES生猪产业指南
抗生素：尽量少用，要用就要用足。
结 论 一
1在发达的生猪产业国家中，丹麦抗生素用量明显较低
2这是从农场主开始推动的结果
3政府当局在抗生素用量上有深刻的见解，并遵循耐药性发展的客观规律
4关注健康对减少抗生素用量很重要
5无特异病原体系
6生产隔离
7接种疫苗
8有效的取暖通风
9高质量饲料
结论 二
1 精确的诊断很重要
2 正确治疗感染
3 腹泻：大肠杆菌、胞内劳森是菌、肠道螺旋体、艾美尔球虫等
4 肺炎：放线杆菌、流感、支原体等
5 正确使用抗生素治疗前进行相关抗生素的过敏性测试
6 采用单次注射，不用在饲料中
7 治疗的正确时间
8 使用相关的疫苗
9 根除兽群感染
10通过SPF体系控制猪短螺旋体性痢疾、放线杆菌和支原体。
丹麦人做了什么？
1 清洁、干燥、温暖的猪舍
2 合适的饲料
3 水
4 必要的抗生素
3
控制耐药性肠道病原菌、提高猪生长性能的可行性方案：
酶制剂、精油和1-单甘油酯
Dr.G Loris Alborali
一 耐药性：问题
1 未来可能会有更多新的耐药机理涌现：MCR-1和MCR-2基因的发现
2 MCR-1基因引起快速的严重的抗生素耐药性。可以在不同种细菌间传递。（这个基因在中国南方的肠杆菌中第一次鉴定出来）
3 微生物耐药性来源：
-抗生素化学相关（粘杆菌素、新霉素和卡那霉素）
-抗生素非化学相关（红霉素、林肯霉素）
二 耐药性：焦点
1粘杆菌素和林肯霉素，在育肥猪和断奶仔猪中大量使用，以控制大肠杆菌、沙门氏菌和猪痢疾密螺旋体。事实上，粘杆菌素是人医中治疗致死细菌的最后一个手段。
2 粘杆菌素：欧盟药监局建议含粘杆菌素的药物只能当第二类药物在动物中治疗使用，理想状况下成员国应当将粘杆菌素用量降低到1mg/PCU的水平以下（EMA 2016），在未来3年内，所有成员国的目标应该是降低粘杆菌素用量至5mg/PCU。
三 耐药性：未来
2050年每年由于耐药性而死亡的人数：欧洲，390,000，南美317,000，拉丁美洲392,000，大洋洲22,000，非洲4,150,000，亚洲 4,730,000
四 耐药性：可行方案
最近几年替代抗生素的可行方案：水和饲料酸化剂、益生素和益生元、中短链脂肪酸1-单甘油酯、植物提取物和精油。
五、酶和精油：试验
1 Jiang等（2015）研究了断奶仔猪日粮中添加精油（麝香草酚和肉桂醛）和酶制剂（木聚糖酶和β-葡聚糖）是否能改善肠道环境
2 为了确定处理的效果，检测以下指标：
-营养物质消化率
-微生物菌落数
-回肠肠道形态
-炎症调节因子基因表达
3 192头断奶仔猪
试验处理（42天）
–对照组
–精油组
–酶制剂组
–精油+酶制剂组
消化试验：
第一期（第15-21天）
第二期（第29-35天）
在第20、21、34、35天收集粪便
4 试验结果
1 日粮中添加精油、酶制剂或一起添加对仔猪生长性能没有显著影响
2 日粮酶制剂降低粪中乳酸菌和大肠杆菌数量
3 所有处理均降低第42天粪便中菌落总数
4 添加酶制剂降低回肠黏膜巨噬细胞数量
5 精油或者精油与酶合用降低淋巴结数量和黏膜巨噬细胞数量
试验结论：
1 尽管可以改善动物肠道绒毛健康，但是对生长性能和养分消化率没有明显作用效果
2 与精油相比，日粮中添加精油和酶制剂，降低促炎细胞因子的表达，表明联合使用可以调节促炎症因子的表达。
六 1-单脂肪酸甘油酯试验
1 试验目的
评估1-单中短链脂肪酸甘油酯是否能降低ETEC-F4大肠杆菌的效果
评估1-单中短链脂肪酸甘油酯是否能减少仔猪断奶后抗生素使用次数。
2 试验方案
·1343头仔猪
·初始均重：7.7kg
·试验期：52天
·试验处理:–对照组–665头
–试验组-678头（基础日粮+饮水中添加2kg 单甘油酯/t ）
两组日粮中均添加3.2kg氧化锌直至25kg体重
3 试验结果
对照组中有53头次注射恩诺沙星和/或头孢喹肟，以控制腹泻
对照组由肠道疾病导致的死亡率为3%，而试验组只有1.5%
肠道细菌检测结果表明1-单甘油酯降低了肠道中病原菌数量
4 结 论
1）试验结果表明1-单甘油酯能有效减少抗生素治疗次数，控制死亡率，减少死亡猪肠道内病原菌数量。
2）1-单甘油酯：营养作用
1 试验中使用的1-单丁酸甘油酯还有以下作用
-促进组织血管增生
-促进绒毛生长
-促进紧密连接蛋白的表达
-促进有害菌黏膜损伤的修复
3） 1-单甘油酯：抑菌效果
体外试验结果表明0.01%或0.12%的1-单甘油酯可以在PH6下抑制有害菌的生长，而对有益菌无影响
七 脂肪酸：抑菌效果
1 能通过细菌细胞膜
2 不能穿过细菌细胞膜
八 1-单甘油酯：革兰氏阳性菌作用机理
1 单甘油酯处理大肠杆菌，导致细胞膜穿透
结 论
1 日粮中添加精油和酶制剂可以有效改善断奶仔猪回肠肠道绒毛形态
2 精油和酶联合使用可以有效调节炎症因子的表达
3 试验证明中短链脂肪酸1-单甘油酯可以有效控制产气荚膜梭菌、沙门氏菌和大肠杆菌
4 1-单甘油酯不会抑制有害菌，如乳酸菌
5 1-单甘油酯可以减少断奶仔猪由于腹泻导致的治疗次数
论坛主办方
美国动物科学学会
上海亘泰集团
上海优久生物科技有限公司
联系客服
