鸡肠源益生口乳杆菌的分离鉴定与生物学特性

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  摘要:从鸡肠中分离得到严格厌氧共生菌,筛选出适合禽类生产的益生菌株,探讨其益生性,为其应用奠定基础。通过采集鸡肠黏膜,特定厌氧培养基分离纯化肠道厌氧共生菌。根据抑菌活性筛选得到口乳杆菌,随后,对其进行生物学基本特性分析,包括生长曲线、酸耐受、胆盐耐受、溶血性、细胞毒性分析等。结果显示,口乳杆菌的对数生长期为24~60 h;对酸和胆盐有优良的耐受力;不具有多重耐药性;不具有溶血活性;对小鼠腹腔巨噬细胞细胞系Raw264.7没有细胞毒性;为后续微生态制剂以及抑菌物质研究提供了理论依据。
  关键词:鸡肠道;口乳杆菌;分离鉴定;益生性
  中图分类号:S852.6 文献标志码: A 文章编号:1002-1302(2021)16-0157-05
  动物的肠道中存在着大量而多样的微生物群体,我们将其称为肠道菌群。在这些菌种中,包含大量乳酸菌(LAB),其中乳酸杆菌、双歧杆菌和肠球菌为肠道中的优势菌群。目前所分离得到的乳杆菌种大多来自人和动物的胃肠道,其次是蔬菜及发酵产品[1]。乳酸菌是最重要的微生物之一,可用于食品发酵以及增强发酵食品的口感和质感[2-3]。它们的主要特征是由葡萄糖作为原料生产乳酸、抑制细菌腐败食品和病原体繁殖的生长抑制物质(如细菌素、过氧化氢、二酰基等)[4]。
  在某些生产供人类食用的动物的生产系统中,禁止使用许多抗生素,因此在这些系统中,益生菌的使用是重要的工具,不仅可以改善动物健康状况,减少疾病的发生率,而且可以提高生产率和食品质量。LAB是动物肠道菌群的一部分,对健康具有重要作用。实际上,已证明对动物使用LAB可以改善健康状况,提高疾病抵抗力并增强生长和生殖性能[5]。
  LAB在动物生产中的用途已得到广泛研究。在家禽生产中,乳酸菌素对生长性能、禽体性状、肠道菌群、血清生化成分、免疫参数和盲肠菌群以及明显的回肠营养消化率具有积极作用。由于某些LAB对病原菌具有抗菌作用,因此它们可以增加禽类对感染的抵抗力,防止不良影响并改善宿主健康。例如:已证明从鸡的直肠样本中提取的片球菌属(Pediococcus sp.)对肠炎沙门氏菌和大肠杆菌具有抗菌活性[6]。
  本試验从健康鸡肠道中通过严格厌氧培养分离口乳杆菌菌株,并评价其益生特性,以期为研发鸡用微生态制剂、实现健康养殖奠定理论基础。
  1 材料与方法
  试验在吉林大学动物医学学院微生物与免疫实验室内进行,试验时间为2019年9月至2021年4月。
  1.1 试验动物、菌株与细胞
  三黄鸡购自长春市农业科学院,正常饲喂12~16周后用于试验。
  本试验所使用的鼠伤寒沙门菌(Salmonella typhimurium)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、大肠杆菌( Escherichia coli)、单核增生李斯特菌(Listeria monocytogenes)、肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumonia)以及小鼠腹腔巨噬细胞系Raw264.7等菌株和细胞由实验室保藏。
  1.2 主要试剂
  琼脂粉、酵母提取物、胰蛋白、葡萄糖,均购自OXOID公司;脑心浸出液肉汤(BHI)、胰蛋白胨大豆肉汤(TSB)、MRS肉汤,均购自青岛高科技工业园海博生物技术有限公司;胎牛血清、绵羊血,均购自Gibco公司(美国);细菌分离培养用维生素、微量盐,均购自原叶生物有限公司;牛胆盐、浓盐酸溶液,均购自北京索莱宝科技有限公司。
  1.3 鸡肠共生菌分离培养基(YCFA)配制
  BHI培养基18.5 g、酵母提取物5 g、TSB培养基15 g、葡萄糖0.5 g、磷酸氢二钾2.5 g、氯化钯0.33 g、黏蛋白4 g、蒸馏水1 000 mL,固体培养基添加1.5%琼脂,115 ℃高压灭菌30 min,冷却至45 ℃继续加入5%(体积分数)胎牛血清、维生素K3 5 μg、氯化血红素10 μg、微量盐1 mL、D-生物素10 μg、维生素B12 10 μg、吡多胺(维生素B6)100 μg、叶酸(维生素B9)50 μg、L-半胱氨酸盐酸盐-水合物0.6 g即得。
  1.4 鸡肠源共生菌分离培养
  提前准备YCFA琼脂和液体培养基,置于厌氧培养箱中平衡24 h;将适龄三黄鸡采用急性失血法处死后,剖开腹腔,暴露肠道,用止血钳夹住所需盲肠两端,用手术剪沿止血钳外端剪开,拿出肠段;超净台中,用手术剪剪开盲肠,暴露肠内容物,用手术刀轻柔刮去肠内容物,换刀继续刮取肠黏膜,PBS倍比稀释后,平板划线于YCFA琼脂平板;37 ℃厌氧培养48 h,挑取单菌落至YCFA培养基中继续培养,重复平板划线,直至整个平板菌落单一。
  1.5 分离菌株的鉴定
  选取菌落单一的菌株,培养至对数生长期,将菌液送往吉林省库美生物科技有限公司进行16S rRNA测序,所得序列通过NCBI BLAST,同GenBank数据库中已知菌株序列进行比对,确定菌株种属。
  1.6 抑菌活性菌株的检测
  将培养48 h的共生菌扩增菌液8 000 r/min,4 ℃ 离心10 min,上清用0.22 μm滤膜过滤得到无细胞发酵液,将培养好的指示菌鼠伤寒沙门菌按1%(体积分数)接种至相应40 ℃高压灭菌后的琼脂培养基中,轻柔并迅速混合均匀后倒板,待琼脂培养基凝固后,在表面放置牛津杯,每个牛津杯内加入 200 μL 上述无细胞发酵液,在生物洁净工作台中扩散3 h后,37 ℃培养9 h,检测是否有抑菌圈出现,并用游标卡尺测量抑菌圈直径。
  1.7 口乳杆菌抑菌活性检测
  采用牛津杯琼脂扩散法检测口乳杆菌Y62的抑菌活性。首先将10 mL 2%琼脂倾倒在灭菌平板上,待其凝固后,加入含有100 μL指示菌悬液的相应指示菌琼脂培养基10 mL,待凝固后,以无菌操作在培养基表面垂直加入牛津杯,轻轻加压,使其与培养基接触无空隙,在杯中加入Y62的CFS 200 μL,每组重复3次,37 ℃培养12~18 h。测定抑菌圈直径。   1.8 口乳杆菌的生长曲线测定
  提前准备MRS培养基和平板,置于厌氧培养箱中平衡24 h,并测定MRS培养基pH值;挑取MRS琼脂上的口乳杆菌Y62单菌落于MRS培养基中,37 ℃ 厌氧培养48 h;调节菌液浓度至对数生长期(D600 nm为0.8~1.2);将菌液按1%(体积分数)接种量接种至预平衡的MRS培养基中,37 ℃厌氧培养;每 12 h 吸取1 mL菌液,检测其D600 nm并涂布平板;根据D600 nm值和平板菌落计数绘制生长曲线。
  1.9 口乳杆菌的酸耐受、胆盐耐受检测
  用1 mol/L盐酸将MRS液体培养基的pH值分别调节至2、3、4、5、6;另向MRS液体培养基中加入0.1%、0.2%和0.3%的牛胆盐;将Y62菌株活化2代后,以1%(体积分数)接种量接种于MRS液体培养基中,37 ℃厌氧培养至对数生长期;离心收集细菌;将Y62调整至所需浓度,将菌体重新悬浮于不同pH值以及含牛胆盐的MRS液体培养基中,37 ℃厌氧培养3 h;采用平板涂布法计算在不同条件MRS培养基中培养0 h和3 h的活菌数量,试验重复3次;存活率计算:存活率=N1/N0×100%,式中:N1表示3 h测定的活菌数,lg CFU/mL;N0表示0 h测定的活菌数,lg CFU/mL[7]。
  1.10 口乳杆菌的药物敏感性检测
  提前准备MRS培养基和平板,置于厌氧培养箱中平衡24 h;取保藏的Y62菌株,活化2代后接种至MRS培养基中,37 ℃厌氧培养至对数生长期;离心收集细菌;将Y62调整至0.5麦氏单位浓度,50 μL 涂布平板;夹取药敏纸片平放在含菌平板上,每个平板放置6种药敏片;37 ℃厌氧培养16~24 h;质控菌株为金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)USA300_TCH1516;观察并测量Y62抑菌圈直径,并参照美国临床和实验室标准协会(Clinical and Laboratory Standards Institute)推荐的纸片扩散法标准进行判定。
  1.11 口乳杆菌的溶血性检测
  配制100 mL BHI琼脂,加入7 mL新鲜灭菌綿羊血,倒板,4 ℃保存备用;向血平板上滴加10 μL浓度为108 CFU/mL的口乳杆菌Y62,对照组滴加10 μL相同浓度的金黄色葡萄球菌;37 ℃厌氧培养48 h;观察血平板,接种物周围的半透明光环表明存在溶血活性。
  1.12 口乳杆菌的细胞毒性检测
  取保存的Raw264.7细胞传代3次后消化,按 1×105 cell/well接种至96孔细胞培养板,正常培养12 h;轻柔吸弃细胞培养基,PBS清洗2次后,加入不含双抗的DMEM 90 μL,再加入调整好浓度的Y62菌液10 μL,对照组加入10 μL MRS液体培养基;4 ℃、1 000 r/min水平离心2 min,37 ℃ CO2培养箱培养;6、24 h对细胞通过CCK-8试剂盒检测存活率。
  1.13 数据分析
  应用GraphPad Prism 6.0分析软件,并采用Multiple t test对研究数据进行分析统计。
  2 结果与分析
  2.1 分离培养结果
  本试验共分离培养共生菌菌株41株,分属于乳杆菌属、肠球菌属、螺杆菌属、普雷沃菌属、芽孢杆菌属等5个属11个种,具体种类见表1。
  2.2 抑菌活性检测结果
  分离菌株的抑菌活性检测如图1所示,共有5株共生菌对铜绿假单胞菌有抑菌活性,其中Y62抑菌活性最好,抑菌圈直径达20.7 mm,因此选择Y62作为候选菌株进行后续研究。
  2.3 口乳杆菌Y62抑菌活性检测结果
  由图2可见,口乳杆菌Y62对铜绿假单胞菌、大肠杆菌、沙门氏菌、肺炎克雷伯菌以及单增李斯特菌均具有一定的抑菌活性,对金黄色葡萄球菌没有抑菌活性。
  2.4 口乳杆菌的生长曲线测定结果
  根据口乳杆菌Y62的生长曲线(图3)显示,该菌株对数生长期为6~24 h;稳定期为24~60 h;60 h 后进入衰亡期。
  2.5 口乳杆菌的酸耐受、胆盐耐受结果
  口乳杆菌Y62的酸耐受结果见表2,菌株在pH值≥3环境内3 h后存活率均大于95%,在pH值=2环境内3 h存活率为69.8%。胆盐耐受结果如表3所示。
  2.6 口乳杆菌的药物敏感性检测结果
  试验所用质控菌株所产抑菌圈直径在质控范围内,证明本试验所用药品合格,口乳杆菌Y62对不同抗生素的耐药性结果见表4。口乳杆菌Y62对所检测的大环内酯类抗生素(红霉素、麦迪霉素)表现出100%的敏感率,对喹诺酮类抗生素(氧氟沙星、环丙沙星)表现出100%的敏感率,对β-内酰胺类抗生素(青霉素类、头孢类)表现出78%的敏感率,对氨基糖苷类抗生素(庆大霉素、卡那霉素)表现出耐药。
  2.7 口乳杆菌的溶血性检测结果溶血结果
  由图4可见,阳性对照显示溶血性,口乳杆菌Y62不具有溶血活性。
  2.8 口乳杆菌的细胞毒性检测结果
  细胞毒性检测如图5所示,口乳杆菌Y62在MOI=100时作用24 h,细胞无死亡,与培养基对照组无差异,证明其不具有细胞毒性。
  3 讨论
  本试验的目的在于分离来自鸡肠道的共生菌,并找寻其中潜在的抑菌益生菌。健康禽类肠道分布着超过300种细菌,其中约有半数为厌氧或兼性厌氧菌,对这些细菌的分离鉴定具有较为重要的意义。乳酸菌是肠道中的优势菌群 本次试验结果也证实了这点,本次分离的41株共生菌中,乳酸菌共有31株,占比75.61%,而这些乳酸菌中,乳杆菌28株,占比90.32%,其中口乳杆菌仅1株。作为鸡肠道中的主要乳杆菌种,本次仅分离出1株,其一可能是由于口乳杆菌主要分布在十二指肠、空肠区域,在盲肠的含量较低[8]。其二可能是在分离纯化过程中,菌群的多样性发生了变化,部分共生菌无法分离得到活菌。通过本研究分离得到的口乳杆菌,表明本研究所采取的以盲肠黏膜为来源,对不易培养共生菌进行分离纯化的方法和路线是有效的,在有限的条件下可以进一步推广应用。   口乳杆菌Y62作为鸡肠道共生菌,其定植的必要条件是耐受胃肠环境,本研究的结果也证实这点。该菌对酸有较强耐受能力,在pH值=3的条件下培养3 h,存活率几乎等于100%,在pH值=2条件下培养3 h,存活率依然高于70%,但是其对胆盐的耐受能力较弱,在0.3%胆盐浓度下,存活率为70.3%,低于其他乳酸杆菌,这可能是不同种属间具有差异性导致,与先前的研究[9]相符合。
  从鸡肠道中分离得到的共生菌,为了后续培养以及益生性评价,对其耐药性进行评价是十分必要的。本试验中口乳杆菌Y62对市面上的大部分抗生素均敏感,仅对氨基糖苷类抗生素表现耐药,无多重耐药性。并且有研究表明,乳酸菌对氨基糖苷类抗生素的耐药性表现出较大属间差异,乳球菌属、链球菌属等对其无耐药性,乳杆菌属对其表现出较高的耐药性[10],本试验的结果与之相符合。
  肠道共生菌群除益生菌外,还有条件致病菌和致病菌,所以对口乳杆菌Y62的安全性进行评价非常重要。因为口乳杆菌Y62是从健康鸡的肠道中分离,故安全性评价并未进行动物试验,细胞試验结果证实了它的安全性,对于未来在食品、医药或畜牧行业的应用是安全的。
  本试验结果表明,分离得到的严格厌氧口乳杆菌具有优良益生菌的益生特性,作为鸡源益生菌具有较好的应用前景。
  参考文献:
  [1]de Vuyst L,Leroy F. Bacteriocins from lactic acid bacteria:production,purification,and food applications[J]. Journal of Molecular Microbiology and Biotechnology,2007,13(4):194-199.
  [2]van Geel-Schutten G H,Flesch F,ten Brink B,et al. Screening and characterization of Lactobacillus strains producing large amounts of exopolysaccharides[J]. Applied Microbiology
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