初生动物肠道菌群定植及对宿主基因表达的影响

众所周知，动物肠道微生物菌群结构与代谢直接影响动物对食品组分的吸收与利用，影响着动物免疫系统的发育与对病原菌的抵抗等各个方面。但是影响形成动物肠道菌群结构的因素到目前为止不清楚。本项目的目的是研究初生动物肠道菌群结构变化的规律和人工干预对菌群变化的影响。采用分子微生态学技术结合体外肠道模型的培养方法，首先在体外模型中研究碳水化合物、脂肪含量、氮源浓度对肠道菌群结构的影响，找出菌群结构和碳水化合物代谢之间的关系；然后通过对刚出生动物的接种实验研究肠道菌群结构的差异对肠道菌群定植变化、饲料碳水化合物利用效率、动物增重及动物回肠基因表达差异的影响，研究能否通过调整动物初生时菌群结构和如何调整来改变动物对营养物吸收、对免疫系统的调节的假设。

本项目通过体外肠道模型模拟研究，结合动物饲喂试验，证明了我们可以通过调整动物初生时菌群结构来改变动物对营养物吸收的假设。.首先我们建立了单胃动物肠道微生物体外肠道模型的培养方法，并对该系统的可靠性和可重复性进行了充分的验证。然后，我们比较了人、猪和鸡肠道菌群在体外模型中对碳水化合物和氮源浓度的需求和代谢特点。通过基于DGGE和454深度测序的结果分析，我们发现，猪和人的肠道菌群属于碳源发酵为主的微生物群落，而鸡的肠道菌群主要进行氮发酵。也就是说鸡盲肠菌群需要高氮源来维持健康菌群的平衡。猪和人肠道菌群需要高淡水化合物，特别是多糖来维持菌群的平衡。在同样浓度的碳源和氮源条件下，鸡肠道菌群和猪、人肠道菌群相比能够产生更多的短链脂肪酸（SCFA）,这和鸡的生理特点正相吻合。因为禽类的体温高于哺乳类，禽类所需的能量也比较哺乳类高，肠道菌群对营养物质的发酵能量转化率也比哺乳动物高。通过体外肠道模拟系统，我们证明了菌群结构和碳水化合物代谢之间的关系，以及不同动物种类肠道发酵的特点。.本项目的第二部分是通过动物实验证明了饲喂不同结构的肠道菌群影响到有效动物肠道菌群的发育，以及饲料碳水化合物利用效率和动物生长的状态。由于猪场防预要求比较严，从体外肠道模型中生产的猪肠道混菌菌群没有经过安全性评估，猪场在使用时有很大的顾虑，所以动物的饲喂试验分了3期完成。2010年只使用了一窝小猪。没有问题后2011年使用了3窝小猪。在2011结果的基础上，2012年夏天又进行了第三次试验，实验组使用了10窝小猪。本报告仅仅包括2011年试验结果，2012年的试验样品仍然在分析当中。定植一次后，死亡率下降6%，下痢率下降2%。肠道菌群发育明显的受到饲喂的影响。.在和猪场的接触过程中我们了解到猪场希望我们能够进行大规模的动物饲喂试验，不是用安全性没有进行评估的混菌菌群，而是使用安全性高的乳酸杆菌。所以，我们使用了26窝共150头小猪进行了乳酸杆菌的饲喂试验。饲喂95天后死亡率下降7%，下痢率下降5%，饲料转化率从2.23下降到1.76.同时饲喂乳酸杆菌明显的提高了猪肉品质。.本研究3年来发表了2篇SCI文章（1篇没有引用项目编号）。第三篇文章正在准备中。发表了3篇核心期刊文章，申请了1项发明专利。一名硕士研究生已经毕业，考上了浙江大学的博士，另外一名硕士研究生将于2013年毕业。