豬小腸微生物氨基酸代謝的生態(tài)學(xué)分析.pdf

1、小腸是消化、代謝和吸收日糧養(yǎng)分的主要器官。近年的研究表明，小腸對日糧氨基酸的首過代謝(first-pass metabolism)在調(diào)節(jié)全身氨基酸平衡中起重要作用。低肝門靜脈必需氨基酸平衡表明小腸對必需氨基酸的需求較高。然而，小腸細(xì)胞缺少參與必需氨基酸分解代謝相關(guān)的關(guān)鍵酶。這表明有其他因素參與并影響必需氨基酸的小腸首過代謝和吸收。最近的研究顯示小腸微生物的轉(zhuǎn)錄組中有相當(dāng)部分的基因表達(dá)與日糧養(yǎng)分的代謝相關(guān)，其中包括對氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝；小

2、腸微生物的氨基酸代謝影響宿主全身不同器官的氨基酸代謝與平衡。然而，具體的作用機(jī)制尚不明確。因此，探明小腸微生物對日糧蛋白質(zhì)和氨基酸的代謝有助于發(fā)展新的策略以改善日糧蛋白質(zhì)和氨基酸在人和動物的營養(yǎng)和功能方面的作用。本研究以豬為動物模型，研究了不同小腸腸段來源的細(xì)菌在體外條件下對氨基酸的利用和代謝特性、代謝去路及氨基酸添加(谷氨酰胺或精氨酸)對小腸細(xì)菌對氨基酸的利用和代謝的影響，實驗同時分析比較了參與某種氨基酸代謝的細(xì)菌區(qū)系組成的異同。

3、r>　　 1.體外培養(yǎng)和繼代培養(yǎng)中豬小腸微生物對氨基酸利用的特性研究
　　 實驗以豬小腸不同腸段的食糜為接種物，研究體外培養(yǎng)條件下，小腸微生物對不同氧基酸的利用情況。實驗同時研究了豬小腸來源的菌株對氨基酸的利用情況。結(jié)果顯示，賴氨酸、蘇氨酸、精氨酸、谷氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸和組氨酸在十二指腸、空腸或回腸組的24小時消失率均在50％-90％之間。繼代培養(yǎng)30代后，賴氨酸、蘇氨酸、精氨酸和谷氨酸的24小時消失率均在50％以

4、上。同時，豬小腸細(xì)菌菌體蛋白氨基酸組成的研究結(jié)果和氨基酸用于合成菌體蛋白的研究結(jié)果顯示，蛋白合成是小腸微生物代謝氨基酸的重要途徑之一。
　　 2.基于16S rRNA基因的分子技術(shù)分析比較豬小腸中代謝不同氨基酸的細(xì)菌區(qū)系實驗利用基于16S rRNA基因的變性梯度凝膠電泳和測序技術(shù)分析比較了體外培養(yǎng)和繼代培養(yǎng)中參與代謝特定氨基酸的細(xì)菌組成和變化情況。結(jié)果顯示，體外培養(yǎng)和繼代培養(yǎng)過程中，鏈球菌屬細(xì)菌(Streptococcus sp

5、.)、光崗菌屬細(xì)菌(Mitsuokella sp.)和埃希氏巨球菌(Megasphaera elsdenii)在以賴氨酸、蘇氨酸、精氨酸或谷氨酸為底物的培養(yǎng)基中為優(yōu)勢細(xì)菌。然而，克雷伯菌屬細(xì)菌(Klebsiellasp.)在以精氨酸或谷氨酸為底物的培養(yǎng)基中不是優(yōu)勢細(xì)菌；大腸桿菌(Escherichiacoli)在以蘇氨酸為底物的培養(yǎng)基中不是優(yōu)勢細(xì)菌。
　　 3.特定氨基酸在不同菌株和不同小腸腸段來源混合細(xì)菌中的代謝去路研究

6、>　　 實驗利用[U-14C]標(biāo)記的氨基酸研究了體外條件下，不同氨基酸在不同菌株(鏈球菌屬細(xì)菌、大腸桿菌和克雷伯菌屬細(xì)菌)和不同小腸腸段來源混合細(xì)菌(空腸或回腸混合細(xì)菌)中的代謝去路。結(jié)果顯示，培養(yǎng)3小時后，細(xì)菌對谷氨酰胺、賴氨酸、精氨酸或蘇氨酸的利用速率最快。與鏈球菌屬細(xì)菌、空腸或回腸混合細(xì)菌相比，大腸桿菌和克雷伯菌屬細(xì)菌對氨基酸的利用速率較快。比較平均值的結(jié)果顯示，細(xì)菌對賴氨酸、蘇氨酸或精氨酸的脫羧代謝占相對氨基酸凈利用的10％。

7、賴氨酸脫羧代謝占空腸混合細(xì)菌或回腸混合細(xì)菌對賴氨酸凈利用的15％。蘇氨酸在空腸混合細(xì)菌的脫羧代謝比例(5.5％)高于在回腸混合細(xì)菌中的脫羧代謝比例(0.3％)。精氨酸在回腸混合細(xì)菌的脫羧代謝占精氨酸凈利用的20％，這一比例高于在空腸混合細(xì)菌的比例。用于合成菌體蛋白的氨基酸占氨基酸凈利用比例最高的氨基酸為亮氨酸(50％-70％)、然后依次為蘇氨酸、脯氨酸和蛋氨酸(25％左右)、賴氨酸和精氨酸(15％左右)、谷氨酰胺(10％左右)。綜上所述

8、，氨基酸在小腸細(xì)菌中的代謝去路多樣，不同氨基酸在不同菌株、不同小腸腸段菌群中的代謝存在差異。
　　 4.L-谷氨酰胺對豬小腸細(xì)菌的氨基酸利用與代謝的調(diào)控作用研究
　　 實驗研究了體外條件下，不同劑量谷氨酰胺對豬小腸不同菌株(鏈球菌屬細(xì)菌、大腸桿菌和克雷伯菌屬細(xì)菌)和不同小腸腸段來源混合細(xì)菌(空腸或回腸混合細(xì)菌)的氨基酸利用和代謝的調(diào)節(jié)作用。結(jié)果顯示，培養(yǎng)3小時后，小腸細(xì)菌對谷氨酰胺的利用隨谷氨酰胺劑量的增加顯著增加(P<

9、0.05)。不同菌株和不同小腸腸段來源混合細(xì)菌的培養(yǎng)體系中谷氨酰胺的減少和谷氨酸的增加反映了從谷氨酰胺到谷氨酸的轉(zhuǎn)化可能普遍存在于豬小腸細(xì)菌中。結(jié)果同時顯示，不同菌株均可產(chǎn)生鳥氨酸；谷氨酰胺對所研究的細(xì)菌培養(yǎng)物的精氨酸代謝均有調(diào)節(jié)作用。對單菌而言，培養(yǎng)3小時后，培養(yǎng)體系中的絲氨酸、天冬氨酸和天冬酰胺完全被細(xì)菌利用。培養(yǎng)體系中添加谷氨酰胺顯著減少空腸或回腸混合細(xì)菌對天冬酰胺的利用(P<0.05)。添加谷氨酰胺同時減少空腸或回腸混合細(xì)菌對賴

10、氨酸、亮氨酸、纈氨酸、鳥氨酸和絲氨酸的利用。綜上所述，培養(yǎng)體系中谷氨酰胺的添加和濃度的升高對豬小腸細(xì)菌的氨基酸利用和代謝有調(diào)節(jié)作用，并可能降低空腸和回腸混合細(xì)菌對大部分氨基酸的利用。
　　 5.L-精氨酸對豬小腸細(xì)菌的氨基酸利用與代謝的調(diào)控作用研究
　　 實驗研究了體外條件下，不同劑量精氨酸對豬小腸不同菌株(鏈球菌屬細(xì)菌、大腸桿菌和克雷伯菌屬細(xì)菌)和不同小腸腸段來源混合細(xì)菌(空腸或回腸混合細(xì)菌)的氨基酸利用和代謝的調(diào)節(jié)作

11、用。結(jié)果顯示，培養(yǎng)3小時后，小腸細(xì)菌對精氨酸的利用呈現(xiàn)劑量效應(yīng)。大腸桿菌和克雷伯菌屬細(xì)菌對氨基酸的利用速率高于其他菌株和混合細(xì)菌。對不同菌株和不同小腸腸段來源混合細(xì)菌而言，培養(yǎng)體系中精氨酸濃度的升高影響了精氨酸向鳥氨酸和瓜氨酸的轉(zhuǎn)化(對鳥氨酸和瓜氨酸的利用減少或產(chǎn)生增加)。精氨酸劑量的增加提高了單菌(鏈球菌屬細(xì)菌、大腸桿菌和克雷伯菌屬細(xì)菌)對谷氨酰胺的利用。結(jié)果同樣顯示，對單菌而言，培養(yǎng)3小時后，培養(yǎng)體系中的絲氨酸、天冬氨酸和天冬酰胺完