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氧化锌对肠道微生物的影响

作者:瑞祺化工来源:www.sdruiqi.com 浏览次数: 日期:2016-09-26 09:40:15

氧化锌可以用于应对断奶时由于肠道微生物变化而导致的幼畜腹泻。加之抗生素耐药性和多重耐药性大肠杆菌菌株的形成,氧化锌的作用值得我们去进一步研究。

分子生物学研究已经表明,猪的肠道微生物由数十个包含上百种细菌的菌群组成,而每种细菌又可以分成更多的菌株。作为一个整体,这些菌群的代谢潜能以及功能具有巨大的多样性,它们的总数至少超过宿主动物体细胞总数的10倍。一般认为肠道菌群除了其他功能外,与免疫系统的成熟有关,它作为抵抗病原菌过度增殖的屏障,通过利用后肠发酵的细菌代谢产物帮助动物储存能量。

肠道系统有多个截然不同区段,这些区段栖居着不同的菌群。如哺乳仔猪胃中栖居着大量乳酸菌。尤其是乳酸杆菌,已知它们构成了防御病原体的屏障。乳酸杆菌也是猪小肠中的优势菌。它们与肠道上皮进行密切的相互作用,从而促进机体免疫系统成熟。尽管乳酸杆菌在小肠中占据主导地位,但是肠杆菌(该类群最为人熟知的成员是大肠杆菌)和乳酸发酵菌(韦荣球菌属及其他乳酸发酵菌属)等其他菌群也在该区段生长良好。乳酸杆菌的优势地位止于后肠,未消化的营养物质和来自宿主的分泌物(脱落的上皮细胞、粘蛋白、内源性蛋白)则被多种多样的严格厌氧菌发酵,它们发酵多种底物的潜力近乎无穷大。

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断奶时的肠道细菌

肠道菌群一旦建立将能够快速适应环境的变化,如日粮改变。虽然,成年动物肠道内已有的菌群不易发生改变,而幼龄动物还处于建立稳定的肠道菌群的时期,因此易于改变。断奶过程就是这一个改变的时期,这个过程的重要性不仅是针对仔猪而言的。哺乳仔猪的肠道菌群本来很容易适应以乳汁和宿主内源性营养物质(粘蛋白、上皮细胞等)等形式存在的发酵底物。突然变换成固态日粮以及肠道生理功能发生的急剧变化,促使能引发混乱状态的菌落进行重新分布。条件致病菌借机大量增殖。肠道致病菌通常会在菌落不平衡的情况下增殖,可能会造成底物利用率降低,抑制其他细菌的竞争,或者宿主上皮组织的形态学改变或免疫反应,从而使肠道易受病原体入侵。带来显而易见的后果是断奶仔猪腹泻,作为动物抵抗肠道机能障碍的一种对策。

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日粮氧化锌的抗菌作用

为了对抗这一问题,很多国家在猪日粮中添加高剂量的氧化锌(高达3 000 mg/kg饲料)从而有效地控制仔猪断奶后的腹泻。氧化锌中起到抗菌作用的是游离Zn2+,它可以扩散到细菌细胞内,并作为一种基团。尽管细菌需要微量的锌作为辅助因子来维持自身的代谢,但Zn2+(或者其他重金属离子)的毒性对它们来说更为重要。细菌已经进化出各种机制来消除细胞内Zn2+过量富集所产生的有害作用。一般来讲,肠杆菌等革兰氏阴性菌依赖于质子-阳离子转运机制,而乳酸菌等革兰氏阳性菌则利用P型腺苷三磷酸水解酶来转运Zn2+

氧化锌在生理pH条件下高度不溶,但是在酸性条件下(如猪胃中)则会产生Zn2+。事实上,超过50 %的总氧化锌能以无机Zn2+的形式存在于断奶仔猪胃中。因而,可以说胃是毒性Zn2+控制胃肠道有害微生物的起始点。

然而,氧化锌晶体的表面效应在抗菌功能上可能还发挥一定的作用,因此氧化锌的分子结构是一项要考虑的重要因素。事实上,镀氧化锌的医疗器械已使用很久。对原材料的不同处理也会造成了氧化锌的物理状态的不同:所谓的“威尔兹”煅烧工艺可产生氧化锌含量约40 %(食用级别)的产物和大量其他重金属元素(如钙);而经硫化氢处理,氧化锌有效含量高达90 %,同时大大降低其他矿物元素的污染。

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不同浓度的氧化锌

日粮中高浓度的氧化锌会显著影响肠道微生物。深度测序研究发现,高锌日粮对众多菌群组成会产生不同的反应。最显著的反应可见于断奶后1周~2周。而且,相比于低锌日粮,肠道微生物菌群组成变化最为巨大的是在胃和小肠中,而在后肠中的变化并不明显。

最值得关注的推论是:优势乳酸杆菌种类的持续减少,结果导致乳酸菌的组成转向异型发酵菌种(WeissellaLeuonostocSteptococci),梭状芽孢杆菌数量的猛增以及肠杆菌多样性提高。就该课题进行的一些研究观察到,在使用大剂量氧化锌2周后,作为肠杆菌一员的大肠杆菌并未受到明显抑制。抑制肠道菌的主要作用局限在仔猪断奶后的第1周。事实上,更为深入的研究表明,仔猪在断奶后的第3天和第4天就可以观察到大肠杆菌数量的明显减少,减少程度取决于采食量的大小。

菌群变化通常与无机Zn2+的含量最为相关,而与蛋白结合锌相关性不大,和整体锌含量完全不相关。因而,实际起抗菌作用的很有可能是无机Zn2+

肠道菌群组成会在仔猪断奶4周后逐渐趋向“正常”,但是可观察到Zn2+对代谢产物的持续作用。如延长氧化锌的使用至断奶后3周~4周,会减少肠道末端短链脂肪酸的产生。这可能是氧化锌的不良反应,因为猪会将这些代谢产物用作能量储备。

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增加锌的浓度

细菌适应高浓度锌的能力在使用氧化锌的第1周就已经可以观察到了。利用肠道内容物进行的试验表明,与饲喂低锌日粮的猪相比,饲喂高锌日粮的猪肠道细菌能更快地适应高锌培养基。最值得注意的是,肠道菌是最为全能的(如:在上述处理中适应力最强)。而该现象仅在仔猪断奶后2周内可以观察到

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该资讯的关键词为:氧化锌,邻苯二甲酰亚胺