表乳糖与仔猪肠道益生菌增殖的分子调控机理研究

Piglet health, especially the piglet gastrointestinal tract health, is very important in pig production. How to increase the level of piglet gastrointestinal tract health is facing problems to be solved in Chinese pig farming industry. Epilactose, which was prepared from lactose by cellobiose 2-epimerase, has been found to have good prebiotic properties. One purpose of this project is to investigate the prebiotic properties of epilactose on piglet gut-associated microbiota. Another is to identify the relationship between epilactose chemical structure and piglet gut-associated microbiota multiplication. The third is to explore the molecular regulation mechanism of epilactose on the growth of lactobacilli and bifidobacteria origin from the microbiota in piglet gastrointestinal tract. The research results of this project will give some science suggestions for improving piglet gastrointestinal tract health and decreasing the antibiotics application in feed. The research results are significant for the development and application of oligosaccharides as alternatives to antibiotic feed additives also.

仔猪健康尤其是仔猪肠道健康对于生猪安全生长至关重要。如何提高仔猪肠道健康水平是我国生猪养殖业面临亟待解决的一个关键问题。表乳糖由异构酶转化乳糖获得，已被发现具有良好的促进益生菌增殖的特性。本项目是在前期研究工作的基础上，针对表乳糖即可促进大鼠肠道乳杆菌又可促进双歧杆菌增殖这一现象，利用已制备获得的高纯度表乳糖，采用代谢组学、宏基因组学、转录组学等研究方法，评价表乳糖对于仔猪肠道微生物的益生活性，建立表乳糖与仔猪肠道健康之间的构效关系，揭示表乳糖促进仔猪肠道益生菌增殖的分子调控机理。本研究成果对减少饲用抗生素促生长剂的使用，改善仔猪肠道健康，推动寡糖替代饲用抗生素产品的开发应用具有重要的科学意义。

仔猪健康尤其是仔猪肠道健康对于生猪安全生长至关重要。如何提高仔猪肠道健康水平是我国生猪养殖业面临亟待解决的一个关键问题。表乳糖是具有益生活性的功能性寡糖，由异构酶转化乳糖获得，已被发现具有良好的促进益生菌增殖的特性，而关于表乳糖影响养殖动物如猪、鸡等肠道益生菌生长方面的研究还鲜有报道，国内外还未见任何涉及表乳糖与仔猪肠道乳杆菌和双歧杆菌生长分子调控机理方面的研究。. 本项目进行了以下研究内容：1）通过毕赤酵母表达系统大量获得纤维二糖差向异构酶制备获得的高纯度表乳糖；2）采集健康仔猪粪便，分别以表乳糖、乳糖和乳果糖为唯一碳源体外发酵粪便样品，通过高通量测序分析体外发酵粪便样品中的微生物多样性，评价表乳糖对仔猪肠道微生物的益生效果；3）从健康仔猪粪便中筛选出能利用表乳糖进行增殖的乳杆菌和双歧杆菌；4）测定可利用表乳糖生长的乳杆菌和双歧杆菌转录组数据，分析表乳糖代谢机制。. 本项目取得了以下重要结果：1）构建纤维二糖差向异构酶毕赤酵母工程菌株，测得酶活为6.29 U/mL，比酶活为2.74 U/mg，是已报道的大肠杆菌为宿主的酶活的20倍。优化了酶法大批量制备表乳糖工艺，底物乳糖浓度提高到20%，通过活性炭层析柱分离纯化得到纯度为90%的表乳糖，得率为52%。2）从哺乳期健康仔猪的粪便中筛选得到9株乳杆菌和1株双歧杆菌：淀粉乳杆菌、卷曲乳杆菌、约氏乳杆菌、罗伊氏乳杆菌、短乳杆菌、唾液乳杆菌、猪源乳杆菌、阴道乳杆菌、粘膜乳杆菌和假长双歧杆菌。3）筛选出能高效利用表乳糖的乳杆菌为唾液乳杆菌，双歧杆菌为短双歧杆菌。4）通过唾液乳杆菌和短双歧杆菌对表乳糖利用的转录组数据表明，这两种益生菌均是将表乳糖转运到胞内，利用半乳糖苷酶将表乳糖水解为半乳糖和甘露糖进入能量代谢途径。. 本项目阐明了表乳糖与仔猪肠道中益生菌增殖的分子调控机理，对减少饲用抗生素促生长剂的使用，改善仔猪肠道健康，推动寡糖替代饲用抗生素产品的开发应用具有重要的科学意义。