飼用微生物功能需要確切定位和“OTC”管理
發表時間 2019-11-27 09:59 來源 中國科技新聞網

  佟建明

  中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所

  全國飼料標準化技術委員會微生物及酶制劑工作組



專家簡介:

  佟建明,男,北京人,1960年10月出生,博士,研究員。任國家蛋雞產業技術體系崗位科學家,蛋雞營養與飼料功能研究室主任。兼任國家飼料評審委員會委員、國家飼料標準委員會委員、全國飼料工業標準化技術委員會微生物及酶制劑工作組組長、綠色食品專家咨詢委員會委員、中國畜牧獸醫學會動物營養學分會副秘書長。曾榮獲國家科技攻關先進個人稱號、省部級科技進步獎4項、被農業部授予有突出貢獻中青年專家。主要從事蛋雞營養與飼料科學研究,并致力于免疫營養學的方法學、基礎理論和蛋雞健康養殖實用技術研究,曾主持完成多項國家有關科研項目。

  飼用微生物從誕生到現在已經有半個多世紀之久,雖然大量的實驗室研究證明飼用微生物對宿主的健康具有明顯的保護和促進作用,但是其功效的確切性仍缺乏充足的科學依據,研究結果的可加性和可比性不強。在實際應用過程中的反映也眾說紛紜,有人認為有效,有人認為無效。同一產品有時可能有效,有時又可能無效。這一現實既嚴重困擾著這類產品市場的健康發展,也同時引起了研究者們的高度關注。比如,2018年以色列專家在《細胞雜志》上就報道了他們對益生菌影響腸道微生物區系效果的研究結果。他們以小鼠作為實驗動物,并在志愿者人群中開展了直接觀察。首先用抗生素破壞小鼠和志愿者腸道中正常的微生物區系結構,然后以腸道微生物區系恢復程度作為判斷指標,比較了益生菌干預、自體糞菌移植和自然恢復等措施對其影響的效果。結果表明,與自然恢復相比益生菌干預未能加速腸道微生物區系結構的恢復速度,而且恢復的結果也不到位。而自體糞菌移植措施能夠明顯促進腸道微生物區系結構的恢復,并且很快恢復到位。因此他們認為益生菌的作用效果并不顯著,而且是否有效與宿主的個體差異有關(圖1)。
 


 

  圖1 益生菌對腸道菌群區系恢復的作用

 

  可見報導的飼用微生物功能有多種多樣,比如增加腸道粘膜絨毛高度、修復應激導致的腸粘膜損傷、減少病原微生物在腸道內的繁殖、增加巨噬細胞對細菌的吞噬作用、降低熱應激引起的氧化損傷、提高粗蛋白和粗纖維的消化率、降低腎上腺皮質醇水平、減輕炎癥反應、提高血清超氧物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶活性、減少血清丙二醛的含量、降低雞舍氨氣濃度、調節畜產品脂肪酸組成和膽固醇含量等等。在揭示飼用微生物的作用機制上,通常認為有如下幾種:(1)產生乳酸和揮發性脂肪酸,降低腸道pH,抑制病原菌和條件致病菌的增殖;(2)產生過氧化氫和細菌素,抑制病原微生物生長或將其殺滅;(3)減少毒性氨和胺的產生;(4)通過對腸道上皮細胞的黏附和定植,競爭性抑制有害病原微生物;(5)激活非特異性免疫;(6)產生維生素和酶,有益于消化和提供宿主必需的養分;(7)產生抗內毒素的物質或分解有害物質。分析以往的研究結果我們不難發現,大多數用于判斷飼用微生物功能的生理指標和生產性能指標都同時受多種因素的影響,飼用微生物因素可能只是其中之一。另外,上述的作用機制更多地是基于微生物自身的生理特點,通過理論推導而得。至于這些機制與實際應用效果之間的必然聯系還缺乏直接的科學證據。

  從生態學角度出發,微生物與宿主之間存在著必然的聯系,經過長期的各自生物進化和彼此相互適應建立了一種平衡關系,每種高等動物都擁有與其共生的微生物,而且與這些微生物的平衡關系對其機體健康發揮著重要作用(圖2)。
 


 

  圖2 影響腸道微生態平衡的主要因素
 

  飼用微生物的研究開發的主要理論基礎包括營養學、獸醫學、生態學和藥物學,其理論功能早已毋庸置疑。一直存在和懸而未解的謎題只是在飼用微生物的應用過程中,其功能穩定性和效果顯著性問題。分析以往的大量研究結果我們可以發現,飼用微生物的功能雖然很多,但其主要功能可以分為兩大類,即定靶功能(也可稱為直接功能)和非定靶功能(也可稱為間接功能)。定靶功能主要體現在對病原微生物的直接抑制作用,比如大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、艱難梭菌、沙門氏菌、單核細胞增生李斯特菌、產氣莢膜梭菌等。評價這類功能的方法比較具體,也積累了豐富的成功經驗,比較容易形成共識。因此,對具有這類功能的飼用微生物菌種的篩選將成為主流。非定靶功能主要體現在對宿主的微生態系統、免疫系統和內分泌系統調節上,借助宿主自身的生理功能實現對疾病的預防和治療效果。比如改善腸道微生態平衡、增強吞噬細胞的吞噬作用、提高特異性抗體水平、緩解應激內分泌強度等。評價這類功能的方法雖然很多,但是卻很復雜,方法學自身的準確性和代表性也不高,比如如何確定微生態平衡狀態、抗體水平或某種激素水平又如何(或是否需要)確定最佳水平。沒有明確的指標,就不能進行明確的比較。沒有明確的比較就不可能界定確切的功能。這些問題不僅直接限制了飼用微生物有效菌種的篩選,而且可能是目前對飼用微生物功能產生懷疑的主要原因。對于這類微生物我們還不能放棄,而應加強基礎性研究,以不斷明確各系統的關鍵調控點,并不斷逼近飼用微生物的作用靶點。另外,在這里順便介紹一種評價生產性能的綜合指數,即生產性能指數(E)。這一指數能綜合判斷飼養效果的優劣,數值越大說明飼用微生物的效果越好(圖3)。
 


 

  圖3 飼用微生物篩選的關鍵環節及流程
 

  從實際應用角度考慮,一個產品能否在市場上成功應用受多方面因素影響,除了功能確切和應用技術完善外,對其實施科學的和正確的管理也很重要。從管理角度出發應包括產品定義和分類。在對飼用微生物的定義和管理方面,世界各國之間大體相似,也略有不同。美國食品與藥物管理局(Food and Drug Administration,FDA)1989年將其名稱規定為“直接飼喂微生物(direct-fed microbial,DFM)”。加拿大稱之為“活的微生物產品(viable microbial products,VMP)”。在我國,批準使用的飼用微生物列入農業部批準的飼料添加劑目錄。在歐盟和日本這類微生物也是作為飼料添加劑來管理的。在加拿大,微生物飼料作為新飼料(Novel Feed)來管理,以區別

  于傳統飼料。美國FDA指出直接飼喂微生物(DFM)是含有活體微生物(細菌和/或酵母)的產品,說明其增效作用的材料或標簽需要指出它的有益功效,這種有益影響須與產品所含的微生物相關。這種說明并不針對僅用于青貯而影響青貯效果的添加劑產品。根據DFM宣稱的不同功效和所含微生物種類的不同劃歸到動物藥品、食品添加劑和食品類,由相關的FDA法規管理。

  “OTC”是英文“Over-The-Counter”的縮寫,其含義是“非處方藥”,即毋須醫生處方,人們可在藥店或商店隨便買到的藥品。飼用微生物是指用于動物生產,對動物自身或生長環境能產生有益影響的一類微生物。從對飼用微生物的定義和開發目的可以得出,其對靶動物主要發揮的是對病原微生物抑制和生理機能的調節作用。按照OTC的管理要求,我們可以把現有的飼用微生物菌種和今后有待開發的,按照定靶功能和非定靶功能明確區分開來,并在產品標識上明確標注。消費者就可以按照自己的需求比較準確地購買相應的飼用微生物產品,并對癥用藥。在生產上,生產定靶功能微生物時,應首先將微生物菌體與培養基分離純化,然后再用淀粉或其它可用的單一載體吸附制成實用產品。生產非定靶功能微生物時,可以不分離培養基。不論是定靶功能微生物還是非定靶功能微生物,都應單菌培養。如果需要兩種以上微生物復合使用時,應根據配比要求在單一菌種產品的基礎上配合生產。

  總而言之,由于評價過程規范,評價指標明確,因此評價結果的可加性和可比性自然加強。另外,通過建立科學的和可比的功能評價規程,并以此為引導,在實際生產中也就自然會形成一套驗證目標和評價體系,不斷積累經驗不斷完善產品。最終使飼用微生物產品在應用中功能越來越確切,作用越來越被接受和認可。

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