揭秘鱼类肠道微生物奥秘

今天，与大家分享一篇来自Aquaculture Research的综述文章：Role of gastrointestinal microbiota in fish. 文章的引用信息如下：

近些年来，关于肠道微生物的研究逐渐成为热点，涵盖了从人类疾病、畜牧兽医、鱼类等各领域。其实，早在2010年，就有一篇来自日本学者的综述，系统论述了鱼类肠道微生物的形成和建立（Development and establishment of GI microbiota of fish）、影响因子（Factors affecting the establishment of GI microbiota）、主要组成（Microbial composition in the GItract of fish）、功能研究的gnotobiotic模型（Role of GI microbiota in fish：gnotobiotic approaches）、肠道菌群在免疫方面的作用（Role of GI microbiota in immunity）、肠道菌群在营养方面的作用（Role of GI microbiota in nutrition）、肠道菌群在疾病爆发中的作用（Role of GI microbiota in disease outbreak）、肠道菌群在鱼类健康管理中的作用（Role of GI microbiota in fish health management）、鱼类肠道菌群的调控（Manipulation of GI microbiota in fish）以及益生菌理念（Probiotic concept）和益生元理念（Prebiotics concept）。笔者认为，该文值得系统性地阅读和解析，因此拿来以飨读者，由于篇幅较长，今天只解析前面四部分。

肠道菌群的定植、建立、组成和多样性是一个复杂的过程，是养殖水体、饲料和环境中微生物的具体反映。在肠道中，两类细菌最常见，一类是外来的allochthonous或称为路过的（transient）；一类是土著的autochthonous或称为定植的（adherent）。后者往往能耐受较低pH，可抵御胆汁酸的破坏，可成功在胃、肠道上皮层定植，并较牢固地粘附在肠道粘膜上而成为宿主的土著菌群；而前者则由于缺乏定植在肠道粘膜层或上皮层的能力或者在和其他菌群的竞争中处于下风而成为短暂过客。

肠道菌群在仔鱼和稚鱼期间的定植也是一个非常复杂的过程，而且和鱼的种类、饵料和环境息息相关。在开口饵料之前，仔鱼阶段肠道菌群的丰度非常低，一般在102CFU/尾左右，是仔鱼为了保持其渗透压平衡从水体当中获得的。然而，当仔鱼开始投喂后，肠道菌群会迅速升高至105CFU/尾，说明饵料对肠道菌群的影响巨大。

2、影响肠道菌群形成的因素（Factors affecting the establishment of GI microbiota）

一系列外因和内因都会影响鱼类肠道菌群的建立和性质。影响初始菌群及其定植的包括鱼类的发育阶段、肠道结构、环境因子（比如水温）、饲养条件等；此外，应激因子也会显著影响肠道菌群结构——当特定的化学药物、抗生素、杀虫剂等进入水生动物的肠道后，会明显地影响肠道菌群的组成，并导致特定的菌群数量减少甚至消失。

饲料以及饲养条件也会影响鱼类的肠道菌群。在仔鱼阶段，肠道菌群会随着饲料发生迅速的改变。Ringo等（1994）研究发现，野生嘉鱼肠道中的肠杆菌科菌群与摄食富含毛鳞鱼籽的饲料成正相关，且在淡水捕获的嘉鱼气单胞菌属细菌占优势、在海水中捕获的嘉鱼弧菌属细菌占优势。另外，Ringo及其同事还发现投喂鱼糜饲料的大西洋鳕肠道的主要菌群为革兰氏阳性菌包括环丝菌属和肉食杆菌属的种类，但投喂豆粕饲料的大西洋鳕肠道主要菌群则以嗜冷杆菌属、金黄杆菌属和肉食杆菌属为主。

有趣的是，肠道菌群的季节变动，甚至是日波动都是存在的。比如在罗非鱼中，夏季肠道菌群数量约为1.6x106到5.1x107 CFU/g，秋季肠道菌群的数量约为3.1x108到1.3x109 CFU/g，冬季约为8.9x105到1.3x107 CFU/g. 在种类方面，养殖斑点叉尾鮰的大肠杆菌、克雷白氏杆菌、假单胞菌、邻单胞菌、志贺氏菌、链球菌、莫拉克斯氏菌都会随季节而变动。

3、鱼类肠道菌群的组成（Microbial composition in the GI tract of fish）

与其它动物一样，肠道是微生物最喜欢的生态位，因此鱼类肠道菌群种类异常丰富，但关于鱼类肠道菌群类别的信息却常常是完全不一致的。早期的研究，往往是基于可培养技术对肠道内容物进行匀浆或对粪便进行细菌培养，再辅之以传统的形态学和生理生化鉴定。然而，传统方式无疑是耗时且对不可培养菌群缺乏敏感性，因此基于可培养技术的肠道菌群研究经常导致不确定的结果。

近年来，分子生物学手段的兴起，诸如克隆杂交、脉冲电泳、PCR、DGGE、荧光原位杂交等，对可培养菌群、不可培养菌群均进行了大量工作。无论是用可培养技术还是不依赖于培养的技术，都证实细菌是鱼类肠道的主要微生物，此外酵母菌也在某些鱼类肠道发现，包括海水鱼和淡水鱼肠道中均存在的红酵母属种类以及只在海水鱼肠道中的梅氏酵母、皮状丝孢酵母和假丝酵母。

鱼类肠道菌群多为需氧或兼性厌氧菌、兼性厌氧或专性厌氧菌，以鲸杆菌属、拟杆菌科和梭菌属为主。Currie等发现在草鱼肠道中的厌氧菌和需氧菌数量大致相同，均为107 CFU/g。与恒温动物相比，鱼类肠道菌群数量偏低，且其数量随着年龄、营养和环境波动较大。其大致的数量为需氧菌在104-109之间，厌氧菌在6.6x104-1.6x109CFU/g。

鱼类肠道菌群的组成在淡水鱼和海水鱼具有明显不同。比如，多数淡水鱼肠道菌群中气单胞菌、假单胞菌和拟杆菌为主，接下来是肠杆菌科、微球菌、不动杆菌、梭菌属等；而在海水鱼种主要为弧菌、假单胞菌、无色菌、棒状杆菌、交替单胞菌、黄杆菌和微球菌。

4、鱼类肠道菌群的研究：Gnotobiotic模型（Role of GI microbiota in fish：gnotobiotic approaches）

Gnotobiotic模型，即将动物在无菌条件下或特定已知菌条件下进行培养，是研究肠道微生物的推荐模型。多种Gnotobiotic模型已经揭示了肠道菌群在营养代谢和吸收、外源物代谢、能量平衡调控、上皮细胞更新、竞争性抑制、粘膜免疫发育和成熟方面的作用。目前，鱼类的Gnotobiotic模型也有报道并用来研究脊椎动物肠道菌群进化、肠道菌群调控以及在营养和免疫中的作用。鱼类的Gnotobiotic模型研究表明肠道菌群参与上皮细胞的分化和成熟。缺乏肠道菌群的鱼类肠道上皮层刷状缘碱性磷酸酶活性受到影响，肠道聚糖的表达多以不成熟形式存在。与Gnotobiotic模型的斑马鱼相比，正常斑马鱼的碱性磷酸酶活性（肠道上皮层成熟的标志分子）、粘膜分泌杯状细胞、激素肠内分泌细胞都明显增多；而且，肠道菌群可上调与DNA修复和上皮细胞分化、增生的15种基因的表达。