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从理论上来讲,人或动物在刚出生时其肠道是无菌的,但当暴露在外界环境后,外界的细菌就开始在其肠道中定殖,但这个定殖过程非常的复杂,受到的影响因素也比较多,所以我们以小鼠为动物模型,采用PCR-DGGE的方法对影响肠道菌群微生态的六种因素(不同时间、不同品种、不同环境、不同饲料、个体差异和性别差异)进行了比较研究。研究结果表明以上六种因素均能在一定程度上影响肠道微生态的菌群组成与多样性,但其影响力的大小存在一定的差异,时间因素主要是在早期(7日龄和14日龄)对肠道微生态的影响较大,但到28日龄后,渐渐趋向稳定,性别差异对肠道菌群结构.的影响作用相对较小,存在一定的随机性,其它四种影响因素对肠道微生态的影响力从大到小依次为不同饲料,不同环境、不同品种和个体差异。
由于在以上研究中我们发现起始菌群对肠道菌群的定殖有着非常大的影响,所以我们以小鸡为实验模型设计了下一个实验。实验的目的就是研究刚出壳的小鸡在暴露在不同的外界菌群后,不同的起始菌群对其肠道菌群定殖过程的影响。由于影响肠道微生物菌群结构的因素非常复杂,不同个体的肠道菌群都不一样,所以为了得到大量菌群结构一致的复合菌群接种物,我们采用了体外连续发酵模型来生产大量菌群结构一致的复合菌群接种物。尽管国外已有课题组使用连续发酵模型来模拟肠道环境,但其模拟效果如何还有待进一步研究。所以在本研究中我们采用16S rDNA文库和焦磷酸测序的方法(454测序)分析了体外发酵系统对鸡肠道菌群的模拟情况。同时我们采用不同的培养基来对其肠道菌群结构进行模拟,以研究其模拟效果的可调控性。研究结果表明16S文库和焦磷酸测序所得的结果从整体上来看基本一致,两者间的相关系数达到0.9左右,即使在属的水平这两种方法所得的结果间的相关系数也达到0.6,但也还存在着一定的差异,如有16个细菌属只有用16S文库的方法才能检测到,有22个细菌属只有用454测序的方法才能检测到。所以为了得到更准确的结果最好是将两种方法联合起来使用。两种细菌多样性分析方法的结果都表明VL培养基对鸡肠道微生物有更好的模拟效果,而且可以富集出很多uncultured细菌,而VI培养基的模拟效果却很差,但用VI培养基可以富集出大量与益生菌相关的细菌,如双歧杆菌和乳酸菌。这些结果告诉我们,可能可以根据需要,通过对发酵条件如培养基的改变来调控发酵产物中菌群的组成与结构。
为了得到大量与成年鸡肠道菌群结构相似的复合菌群接种物,我们用两只成年鸡的盲肠内容物分别接种到两个含有VL培养基的连续发酵系统,得到了两种复合菌群,分别命名为接种物Ⅰ和接种物Ⅱ。在接种物Ⅰ中其主要菌群为Bacteroides(20.7％),Lachnospiraceae(17.2％),和unclassified Ruminococcaceae(16.1％),而在接种物Ⅱ中其主要菌群为Prevotella(37.9％),Acidaminococcus(16.1％),和Dorea(12.6％)。90只刚出壳的小鸡被随机分为三组,A组和B组小鸡分别用复合菌群接种物Ⅰ和接种物Ⅱ接种,而C组用无菌水接种作为空白对照。在接种后的15天内分别在不同的时间点收集回肠粘膜和盲肠内容物样品用于DGGE和16S rDNA文库的分析,研究结果表明接种物Ⅰ比接种物Ⅱ具有更好的定殖能力,接种物Ⅱ肠道菌群对定殖过程的影响与水相似,而且接种物中的菌群主要在盲肠内容物中定殖,而回肠中菌群的定殖却比较随机。在分析起始菌群对肠道菌群定殖影响的同时,我们应用表达谱芯片分析了不同的肠道菌群对宿主回肠基因表达谱的影响。表达谱芯片结果表明A组和B组与无菌水对照组相比,与离子运输相关的基因出现了表达上调,而与细胞循环和染色体结构等相关的基因出现了表达下调,另外A组比B组具有更多差异表达的基因。这些结果表明起始菌群能影响小鸡正常肠道菌群的定殖及小鸡回肠基因的表达。这给我们的启示就是我们可能可以通过改变宿主的起始菌群从而改变其肠道菌群的定殖,从而达到改善健康状况和预防疾病的目的。