【海外前沿】益生菌有效防控病原新方法

楊潛龍 2017-11-06

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2014-05-29 15:41:00　　中國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖網(wǎng)　　出處：水產(chǎn)前沿瀏覽量： 3472 次我要評(píng)論

　　水產(chǎn)養(yǎng)殖中，大家對(duì)病原體有很高的關(guān)注度。其實(shí)，部分細(xì)菌性病原體是養(yǎng)殖對(duì)象體表和腸道里以及養(yǎng)殖水體和泥土里的正常菌落，但同時(shí)也是投機(jī)主義者。只要水質(zhì)能保障了養(yǎng)殖對(duì)象的健康以及菌落穩(wěn)定，這些“投機(jī)主義者”引起疾病的可能性是很低的。一旦養(yǎng)殖環(huán)境改變了，如水體惡化，養(yǎng)殖對(duì)象缺乏抵抗力，“投機(jī)主義者”就會(huì)把握機(jī)會(huì)，數(shù)量迅速增加，使養(yǎng)殖對(duì)象染病。因此，在防控病原的方法里，能保持穩(wěn)定的環(huán)境和水質(zhì)是相當(dāng)關(guān)鍵的。

　　除了適當(dāng)?shù)墓芾磉@一先決條件以外，能有效防控病原的方法還有接種疫苗和抗生素的應(yīng)用，然而它們都有弊端。能針對(duì)各個(gè)養(yǎng)殖品種和病害的疫苗尚未研發(fā)出來，因?yàn)橐呙绫旧硎怯袑Ｒ恍院歪槍?duì)性的，目前主要針對(duì)是自然界中的病毒，在蝦的養(yǎng)殖中應(yīng)用的效果不好。高效的疫苗由各種因素所決定，如免疫狀態(tài)，養(yǎng)殖對(duì)象的規(guī)格，疫苗配方，免疫路徑和機(jī)制。另一方面，疫苗價(jià)格偏高，使用時(shí)需要較多的人力資源，還會(huì)對(duì)養(yǎng)殖對(duì)象造成不必要的壓力。

　　過去，抗生素常用于促進(jìn)生長(zhǎng)和防控病害方面，但如此的濫用抗生素不僅提高了大部分細(xì)菌性病原的抗性，而且還把抗性帶入環(huán)境中去，最終，抗生素的使用引起廣泛的爭(zhēng)議。

　　目前，還有其他方法可以選擇，它們既能提高養(yǎng)殖對(duì)象免疫力，還能控制水質(zhì)和病原體。像使用益生菌，就是其中一種能保持穩(wěn)定的環(huán)境達(dá)到防控病原的方法。

　　水質(zhì)管理

　　養(yǎng)殖對(duì)象的排泄物如糞便、尿素以及投喂殘?jiān)紩?huì)進(jìn)入到養(yǎng)殖水體中去，隨著這些有機(jī)物質(zhì)累積，有毒化合物水平在增加，就會(huì)導(dǎo)致水體惡化。因此，需要把過量的有機(jī)物質(zhì)和有毒化合物移出養(yǎng)殖體系。某些細(xì)菌就能在這一環(huán)節(jié)上大展身手。通常把使用植物或微生物像細(xì)菌等來去除水體中的多余成分這一環(huán)節(jié)稱為生物除污。

　　剩余的有機(jī)物質(zhì)為“投機(jī)主義者們”提供了一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境，同時(shí)也為日后疾病的傳染奠定了基礎(chǔ)。有益的細(xì)菌如芽孢桿菌可以礦化有機(jī)物質(zhì)，能減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)。

　　含氮化合物如亞硝酸鹽、硝酸鹽以及來源于分解水體中廢棄物和養(yǎng)殖對(duì)象排泄物的銨離子。當(dāng)這些化合物超過一定量的時(shí)候，就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橛卸疚镔|(zhì)。銨離子會(huì)干擾神經(jīng)元活動(dòng)，，特別是在缺氧的情況下，如果長(zhǎng)時(shí)間暴露在高濃度的亞硝酸鹽環(huán)境里，會(huì)引起養(yǎng)殖對(duì)象窒息。即使是長(zhǎng)時(shí)間暴露在安全濃度（較低）的硝酸鹽環(huán)境，也會(huì)使得養(yǎng)殖對(duì)象體重和免疫力下降，從而增加染病的風(fēng)險(xiǎn)。

　　為了避免上述情況的發(fā)生，某些益生菌就很自然地被引入到養(yǎng)殖系統(tǒng)中來。這些細(xì)菌進(jìn)行硝化作用或反硝化作用（如圖1和2），因此使得水體中含銨、硝酸鹽和亞硝酸鹽水平較低。細(xì)菌的硝化作用是把水體的銨氧化為硝酸鹽；反硝化作用則是把水體中的煙硝酸鹽還原成氮?dú)?。硝酸鹽是兩個(gè)反應(yīng)的中間產(chǎn)物?；旌鲜褂枚喾N細(xì)菌能提高硝化和反硝化的能力，并能有效移除三種有害物質(zhì)。

圖1 細(xì)菌硝化和反硝化作用示意圖

圖2 水體氮化合物剩余量與時(shí)間再生物除污中的關(guān)系。

　　在實(shí)驗(yàn)室中，細(xì)胞在有氧或無氧條件下，培養(yǎng)在含高濃度的銨離子、硝酸鹽和亞硝酸鹽水平的培養(yǎng)液中兩天

　　硫化氫等硫化物是養(yǎng)殖中的另一個(gè)問題。在缺氧環(huán)境里，底層有機(jī)物的分解會(huì)產(chǎn)生硫化氫，硫化氫會(huì)阻礙養(yǎng)殖對(duì)象正常的呼吸作用，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致窒息。如果池底有黑色的淤泥，這就表明了水體有硫化氫的存在，因?yàn)榱蚧瘹浜丸F離子發(fā)生反應(yīng)形成硫化亞鐵。

　　使用一些益生菌可以有效控制水體中的硫化氫含量，如硫桿菌和副球菌屬，以硫桿菌為例，它能同時(shí)去除硝酸鹽和硫化氫，并把有毒硫化物轉(zhuǎn)為無毒硫酸鹽和氮?dú)狻?br>
　　益生菌VS 病原體：群體感應(yīng)系統(tǒng)

　　與病原體對(duì)抗到底是益生菌的一個(gè)主要特征。一般情況下，通過幾種機(jī)制來排除病原體的競(jìng)爭(zhēng)力，形成對(duì)抗：生產(chǎn)抗菌物質(zhì)如細(xì)菌素，生產(chǎn)有機(jī)酸來降低養(yǎng)殖對(duì)象消化系統(tǒng)的pH值進(jìn)而抑制病原體的體內(nèi)增長(zhǎng)，還有與病原體在附著點(diǎn)和營(yíng)養(yǎng)方面的較量。

　　最近，有一種新方法引入到病原對(duì)抗中來：干擾群體感應(yīng)，是破壞病原體細(xì)胞間通訊機(jī)制。

　　1、菌間通訊

　　群體感應(yīng)（Q.S）是指根據(jù)自身分泌的信號(hào)小分子的閾值來感應(yīng)細(xì)胞密度而產(chǎn)生細(xì)菌群體行為的基因調(diào)控方式。這個(gè)機(jī)制使得細(xì)菌群體協(xié)調(diào)合作，如形成生物膜，毒性和產(chǎn)生抗菌素和酶，這些都只在對(duì)抗成功率較高的時(shí)候啟動(dòng)，并增加細(xì)胞的代謝負(fù)擔(dān)。就毒性而言，高效和及時(shí)表達(dá)毒性因子是成功感染的保障。

　　不少研究已經(jīng)可以確認(rèn)了多種細(xì)菌的信號(hào)調(diào)節(jié)分子。其中最常見的信號(hào)分子是革蘭氏陰性細(xì)菌使用的?；呓z氨酸內(nèi)酯（AHL）以及革蘭氏陽性菌使用的一些小分子多肽。不少革蘭氏細(xì)菌能產(chǎn)生了一種信號(hào)因子AI-2，所以一般把AI-2定義為種間細(xì)胞交流的通用信號(hào)分子。

　　也有一些細(xì)菌像弧菌受雇于一組相關(guān)細(xì)菌作為它們的信號(hào)分子，所有這些信號(hào)分子把信息傳遞到環(huán)境中，包括物種的組成以及環(huán)境中營(yíng)養(yǎng)和代謝方面的競(jìng)爭(zhēng)情況。

　　AHL信號(hào)分子基本系統(tǒng)由AHL合成酶（Luxi）和檢測(cè)AHL的同源轉(zhuǎn)錄因子組成。（如圖3）在綁定AHL后，探針將激活目標(biāo)基因或使其失效。研究發(fā)現(xiàn)在弧菌中有更多復(fù)雜的多通道系統(tǒng)，在細(xì)胞膜的同源受體上,不同的信號(hào)分子都能被檢測(cè)出來，這是因?yàn)槊總€(gè)信號(hào)都有一個(gè)特定的通道，每個(gè)通道的信息都會(huì)轉(zhuǎn)化成相同的信號(hào)級(jí)聯(lián)。

　　2、群體感應(yīng)淬滅

　　當(dāng)通訊受到干擾的時(shí)候，細(xì)菌群體不能協(xié)調(diào)合作，破壞了QS調(diào)控功能。最好的情況就是，群體感應(yīng)淬滅使得病原菌毒性下降和易受攻擊。

　　群體感應(yīng)中有幾個(gè)過程能成為破壞系統(tǒng)的目標(biāo)。一是抑制信號(hào)分子的合成，使細(xì)胞沉默，胞間沒有交流；二是通過合成一些信號(hào)分子的結(jié)構(gòu)類似物，與相應(yīng)的蛋白受體結(jié)合，從而阻擋了信息傳遞；三是用酶降解信號(hào)分子使其不能與受體蛋白結(jié)合。

　　大自然里的植物、細(xì)菌和藻類能產(chǎn)生各種抑制劑。例如，大蒜含有阻斷信息流的化合物，海洋紅藻產(chǎn)生和AHL結(jié)構(gòu)類似的鹵化呋喃酮，從而阻止信息進(jìn)入到受體。

　　細(xì)菌破壞和降解AHL的機(jī)制已經(jīng)升級(jí)了，一些芽孢桿菌屬能產(chǎn)生水解AHL內(nèi)酯環(huán)的酶。其他種類還有像勞氏菌屬和貪噬菌，能產(chǎn)生作用在AHL酰胺結(jié)合部位的酶。這些益生菌能通過兩種途徑來控制病原體，一是產(chǎn)生抑菌物質(zhì)來抑制生長(zhǎng)，二是抑制信息交流來控制病原體。

　　3、淬滅系統(tǒng)

　　過去的數(shù)十年間，研究表明QS信號(hào)分子中有過多表達(dá)特征的指示菌，像發(fā)光，產(chǎn)生熒光和色素。這些指標(biāo)菌不僅應(yīng)用于檢測(cè)群體感應(yīng)的能力，還應(yīng)用于對(duì)細(xì)菌感應(yīng)淬滅的研究，這可辨別出益生菌所產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)究竟是抑制了信息交流所還是生長(zhǎng)（圖3）。（本文轉(zhuǎn)自《水產(chǎn)前沿》2014年6月刊）

圖3 群體感應(yīng)淬滅例子。默認(rèn)生長(zhǎng)被抑制的情況下群體感應(yīng)相關(guān)活性（光的產(chǎn)物）有所下降

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