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益生菌改善犬腹泻及肠道菌群的组成和功能

时间:2020-03-13 15:41来源:本站 作者:bio149发布 浏览次数:

    肠道菌群是一个复杂的生态系统,对宿主的健康十分重要,可以抵御病原体的侵害,帮助消化并从食物中吸收能量,刺激免疫反应等;同时肠道微生物的结构也与一些疾病的发病机理相关,例如腹泻就是一个与肠道相关的疾病。

    犬类腹泻一般是由于细小病毒以及一些细菌、寄生虫传播以及食物不耐症所导致,这对犬类的健康极为不利。故本实验采用犬类作为研究对象,观察益生菌Probio-Fit®对犬类腹泻以及肠道菌群的改善以及调节作用。这也为益生菌Probio-Fit®对其他宠物以及人类健康的改善作用提供预测。

    实验方法

    在北京附近的犬类训练基地,选取40只腹泻犬参与实验(表1)。


表1.参与实验的犬类详情

    实验过程

    将腹泻犬按照1:1的比例随机分成治疗组和对照组,由于不同年龄犬类体重差异较大,所以给治疗组犬类服用益生菌Probio-Fit®的用量也有所不同,其中:

    老年犬(大于5岁):Probio-Fit® 10g/天;

    成年犬(2-5岁):Probio-Fit® 2g/天;

    幼年犬(6个月-2岁):Probio-Fit® 4g/天。

    经过60天的动物实验,分别对实验前后腹泻症状的改善情况进行评分,并采集实验前后犬类的粪便样本,对肠道微生物多样性、结构、功能基因以及相关性等进行分析(图1)。

    注:Probio-Fit®中含有三种益生菌(L. casei Zhang 3×109CFU/g;L. plantarum P-8 3×109CFU/g;B. lactis V9 4×109 CFU/g)



图1:犬类实验设计详情

    实验结果

    1.腹泻症状改善情况分析

    在经过益生菌Probio-Fit®干预治疗第60天后,治疗组犬类腹泻比例(10%)显著低于对照组水平(55%)(P=0.002,图2)。此外没有发现一只犬在接受益生菌治疗后出现腹泻加重的情况,相反对照组中有两只犬出现了腹泻症状加重的情况。表明益生菌Probio-Fit®干预治疗可以有效改善犬类腹泻症状。
图2:腹泻症状改善详情

2.肠道菌群多样性及物种差异分析

    分别对比治疗组和对照组腹泻犬类肠道菌群的Shannon指数和Simpson指数发现,对照组肠道菌群多样性在实验阶段显著下降(Shannon指数:P<0.0001; Simpson指数:P<0.001),而治疗组的多样性呈上升趋势(图3A、B)。在第60天,治疗组的Shannon指数(Shannon指数:P<0.01)和Simpson指数(Simpson指数:P<0.001)均显著高于对照组。

    为了评价益生菌Probio-Fit®对犬类肠道菌群的调节作用,采用基于物种丰度Bray-Curtis距离的主坐标分析(PCoA),我们观察到第0天和第60天,治疗组犬类的肠道菌群结构存在显著差异(F=2.13;P=0.041),而对照组在不同时间内的差异并不明显(F=1.22;P=0.25)(图3C、D)。这表明益生菌Probio-Fit®可以有效调节犬类肠道菌群,提高肠道微生物多样性。


图3: A. Shannon指数详情 B. Simpson指数详情 C、D. 物种丰度差异PCoA主坐标分析

    3.肠道菌群结构变化

    治疗组在60天后肠道微生物存在显著差异,这是由于物种丰度变化所致。实验期间,治疗组和对照组在门水平上均无明显变化,但属的水平上存在差异。两组中梭菌属、肠球菌属和链球菌属数量明显减少。治疗组的乳酸杆菌和双歧杆菌的相对丰度显著增加(P<0.01),且在第60天时,治疗组的类杆菌(P<0.05)、双歧杆菌(P<0.05)和消化链球菌(P<0.01)明显多于对照组(图4A)。

    在物种水平上,治疗组老年犬中产气荚膜梭菌和粪肠球菌数量明显减少(P<0.05),同时增加了动物乳杆菌、罗伊氏乳杆菌的数量(图4B);治疗组幼年犬中,动物双歧杆菌(P<0.05)、约翰逊乳杆菌(P<0.05)显著增加,而毛肠短状螺旋菌和犬螺旋杆菌相对丰度显著降低(P<0.05;图4C);治疗组成年犬中,第60天嗜酸乳杆菌(P<0.05)、动物乳杆菌(P<0.05)、罗伊氏乳杆菌(P<0.01)、约翰逊乳杆菌(P<0.05)和双歧杆菌的相对丰度明显高于对照组(P<0.05;图4D)。

    益生菌Probio-Fit®可以有效改善肠道菌群,显著降低链球菌属、梭菌属、螺旋菌属等(诱发溃疡性结肠炎,具有天然耐药性)有害致病菌的含量;显著增加类杆菌属、双歧杆菌属、乳杆菌属(包括罗伊氏乳杆菌、嗜酸乳杆菌、约翰逊乳杆菌)等有益菌的含量。进而促进食物的代谢分解,抑制病原微生物,降低细胞促炎因子。


图4: 实验前后犬类肠道菌群结构变化详情

4.功能基因的变化和相关性验证

    根据试验前后,功能基因的Shannon指数和Simpson指数显示,治疗组的功能基因多样性有所增加。功能属性方面,治疗组老年犬中氨基酸代谢途径、辅酶和维生素代谢途径、聚糖生物合成代谢途径丰度显著高于对照组(P<0.05);膜运转和转录途径相对丰度下降。治疗组成年犬中有关翻译、复制、修复相关通路明显增加;细胞信号传导、细胞运动等通路明显下降。治疗组幼年犬中有关能量代谢、环境适应、免疫系统等相关途径明显提升。

    为了探寻菌种与功能基因的关联,通过Spearman相关性分析,发现动物双歧杆菌、约翰逊乳杆菌、罗伊氏乳杆菌和嗜酸乳杆菌与氨基酸代谢呈正相关,与细胞运动、细胞信号传导等呈负相关(图5)。

图5: 菌种与功能基因相关性详情

    这表明益生菌Probio-Fit®可以提升有关氨基酸代谢、辅酶和维生素代谢等有益代谢途径的丰度,从而产生更多对宿主有益的氨基酸以及次级代谢产物等,促进营养物质吸收。另一方面减少细胞运动以及细胞信号传导等通路,从而减少致病菌在体液中的运动与扩散。

    实验结论
   
    益生菌Probio-Fit®可以有效改善和缓解犬类腹泻症状并调节肠道菌群;提高犬类肠道微生物多样性;调节肠道菌群,提高双歧杆菌属、类杆菌属、乳杆菌属等有益菌含量,降低螺旋菌属、链球菌属等致病菌含量。益生菌Probio-Fit®还可以有效提高氨基酸代谢等有益途径的丰度,从而促进肠道消化和吸收。





 
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