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小肠是消化、代谢和吸收日粮养分的主要器官。近年的研究表明,小肠对日粮氨基酸的首过代谢(first-pass metabolism)在调节全身氨基酸平衡中起重要作用。低肝门静脉必需氨基酸平衡表明小肠对必需氨基酸的需求较高。然而,小肠细胞缺少参与必需氨基酸分解代谢相关的关键酶。这表明有其他因素参与并影响必需氨基酸的小肠首过代谢和吸收。最近的研究显示小肠微生物的转录组中有相当部分的基因表达与日粮养分的代谢相关,其中包括对氨基酸的转运和代谢；小肠微生物的氨基酸代谢影响宿主全身不同器官的氨基酸代谢与平衡。然而,具体的作用机制尚不明确。因此,探明小肠微生物对日粮蛋白质和氨基酸的代谢有助于发展新的策略以改善日粮蛋白质和氨基酸在人和动物的营养和功能方面的作用。本研究以猪为动物模型,研究了不同小肠肠段来源的细菌在体外条件下对氨基酸的利用和代谢特性、代谢去路及氨基酸添加(谷氨酰胺或精氨酸)对小肠细菌对氨基酸的利用和代谢的影响,实验同时分析比较了参与某种氨基酸代谢的细菌区系组成的异同。1.体外培养和继代培养中猪小肠微生物对氨基酸利用的特性研究实验以猪小肠不同肠段的食糜为接种物,研究体外培养条件下,小肠微生物对不同氨基酸的利用情况。实验同时研究了猪小肠来源的菌株对氨基酸的利用情况。结果显示,赖氨酸、苏氨酸、精氨酸、谷氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸和组氨酸在十二指肠、空肠或回肠组的24小时消失率均在50%-90%之间。继代培养30代后,赖氨酸、苏氨酸、精氨酸和谷氨酸的24小时消失率均在50%以上。同时,猪小肠细菌菌体蛋白氨基酸组成的研究结果和氨基酸用于合成菌体蛋白的研究结果显示,蛋白合成是小肠微生物代谢氨基酸的重要途径之一2.基于16S rRNA基因的分子技术分析比较猪小肠中代谢不同氨基酸的细菌区系实验利用基于16S rRNA基因的变性梯度凝胶电泳和测序技术分析比较了体外培养和继代培养中参与代谢特定氨基酸的细菌组成和变化情况。结果显示,体外培养和继代培养过程中,链球菌属细菌(Streptococcus sp.)、光岗菌属细菌(Mitsuokella sp.)和埃希氏巨球菌(Megasphaera elsdenii)在以赖氨酸、苏氨酸、精氨酸或谷氨酸为底物的培养基中为优势细菌。然而,克雷伯菌属细菌(Klebsiellasp.)在以精氨酸或谷氨酸为底物的培养基中不是优势细菌；大肠杆菌(Escherichiacoli)在以苏氨酸为底物的培养基中不是优势细菌。3.特定氨基酸在不同菌株和不同小肠肠段来源混合细菌中的代谢去路研究实验利用[U-14C]标记的氨基酸研究了体外条件下,不同氨基酸在不同菌株(链球菌属细菌、大肠杆菌和克雷伯菌属细菌)和不同小肠肠段来源混合细菌(空肠或回肠混合细菌)中的代谢去路。结果显示,培养3小时后,细菌对谷氨酰胺、赖氨酸、精氨酸或苏氨酸的利用速率最快。与链球菌属细菌、空肠或回肠混合细菌相比,大肠杆菌和克雷伯菌属细菌对氨基酸的利用速率较快。比较平均值的结果显示,细菌对赖氨酸、苏氨酸或精氨酸的脱羧代谢占相对氨基酸净利用的10%。赖氨酸脱羧代谢占空肠混合细菌或回肠混合细菌对赖氨酸净利用的15%。苏氨酸在空肠混合细菌的脱羧代谢比例(5.5%)高于在回肠混合细菌中的脱羧代谢比例(0.3%)。精氨酸在回肠混合细菌的脱羧代谢占精氨酸净利用的20%,这一比例高于在空肠混合细菌的比例。用于合成菌体蛋白的氨基酸占氨基酸净利用比例最高的氨基酸为亮氨酸(50%-70%)、然后依次为苏氨酸、脯氨酸和蛋氨酸(25%左右)、赖氨酸和精氨酸(15%左右)、谷氨酰胺(10%左右)。综上所述,氨基酸在小肠细菌中的代谢去路多样,不同氨基酸在不同菌株、不同小肠肠段菌群中的代谢存在差异。4.L-谷氨酰胺对猪小肠细菌的氨基酸利用与代谢的调控作用研究实验研究了体外条件下,不同剂量谷氨酰胺对猪小肠不同菌株(链球菌属细菌、大肠杆菌和克雷伯菌属细菌)和不同小肠肠段来源混合细菌(空肠或回肠混合细菌)的氨基酸利用和代谢的调节作用。结果显示,培养3小时后,小肠细菌对谷氨酰胺的利用随谷氨酰胺剂量的增加显著增加(P<0.05)。不同菌株和不同小肠肠段来源混合细菌的培养体系中谷氨酰胺的减少和谷氨酸的增加反映了从谷氨酰胺到谷氨酸的转化可能普遍存在于猪小肠细菌中。结果同时显示,不同菌株均可产生鸟氨酸；谷氨酰胺对所研究的细菌培养物的精氨酸代谢均有调节作用。对单菌而言,培养3小时后,培养体系中的丝氨酸、天冬氨酸和天冬酰胺完全被细菌利用。培养体系中添加谷氨酰胺显著减少空肠或回肠混合细菌对天冬酰胺的利用(P<0.05)。添加谷氨酰胺同时减少空肠或回肠混合细菌对赖氨酸、亮氨酸、缬氨酸、鸟氨酸和丝氨酸的利用。综上所述,培养体系中谷氨酰胺的添加和浓度的升高对猪小肠细菌的氨基酸利用和代谢有调节作用,并可能降低空肠和回肠混合细菌对大部分氨基酸的利用。5.L-精氨酸对猪小肠细菌的氨基酸利用与代谢的调控作用研究实验研究了体外条件下,不同剂量精氨酸对猪小肠不同菌株(链球菌属细菌、大肠杆菌和克雷伯菌属细菌)和不同小肠肠段来源混合细菌(空肠或回肠混合细菌)的氨基酸利用和代谢的调节作用。结果显示,培养3小时后,小肠细菌对精氨酸的利用呈现剂量效应。大肠杆菌和克雷伯菌属细菌对氨基酸的利用速率高于其他菌株和混合细菌。对不同菌株和不同小肠肠段来源混合细菌而言,培养体系中精氨酸浓度的升高影响了精氨酸向鸟氨酸和瓜氨酸的转化(对鸟氨酸和瓜氨酸的利用减少或产生增加)。精氨酸剂量的增加提高了单菌(链球菌属细菌、大肠杆菌和克雷伯菌属细菌)对谷氨酰胺的利用。结果同样显示,对单菌而言,培养3小时后,培养体系中的丝氨酸、天冬氨酸和天冬酰胺完全被细菌利用。精氨酸的添加显著增加(P<0.05)链球菌属细菌和克雷伯菌属细菌对苏氨酸、支链氨基酸、苯丙氨酸和甘氨酸的利用但减少大肠杆菌对这些氨基酸的利用。同时,精氨酸的添加显著降低(P<0.05)空肠和回肠混合细菌对赖氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甘氨酸和丙氨酸的利用。综上所述,培养体系中精氨酸的添加和浓度的升高影响了猪小肠细菌对精氨酸家族氨基酸和丝氨酸和天冬氨酸家族氨基酸的利用和代谢并可能减少回肠混合细菌对大部分氨基酸的利用。