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人的胃肠道是一个非常复杂、活跃的系统，定居着大量的微生物，这些微生物与宿主相互作用，通过参与宿主的食物消化与营养、产生必需的维生素、调节宿主的免疫系统等生理过程而与宿主的健康密切相关。研究胃肠道中的微生物群落的组成以及微生物与宿主之间的相互作用一直是肠道微生态及相关领域的热点。以人为对象直接进行研究存在很多不便，如难以标准化待测试人群的遗传和环境背景、采样困难以及若进行毒性及致癌性等方面的研究，还存在潜在的伦理问题等，因此，发展一种能模拟人的胃肠道环境及肠道菌群组成的研究模型至关重要。目前国际上常用人源菌群(HumanFlora-associated，HFA)小鼠/大鼠模型来研究人的肠道生态、营养和代谢，取得了大量研究成果。但由于啮齿类动物与人在肠道生理方面的显著差异，由HFA小鼠/大鼠模型得到的研究结果与人的相关性越来越多地受到置疑。本研究即是针对此问题，利用猪在解剖、组织、生理和营养代谢尤其是消化系统方面与人高度相似的特性，摸索建立了一种人源菌群(HFA)仔猪模型，并对该模型的肠道菌群进行了详细的微生物分子生态学研究。
本研究首先建立了分析人和动物肠道内的最优势类群—拟杆菌的类群特异性PCR—温度梯度凝胶电泳(TGGE)方法，并对健康人肠道中的拟杆菌组成进行了比较分析。发现不同人个体肠道中的拟杆菌的组成互不相同，具有宿主特异性，但健康人肠道中的拟杆菌组成在长时间内保持相对稳定。结合16SrDNA序列分析，我们还对一10岁健康儿童(该个体被选定为建立HFA仔猪模型的供体)的肠道拟杆菌TGGE条带所代表的拟杆菌种类进行了确认。这些条带代表的序列在GenBank中分别与脆弱拟杆菌(Bacteroidesfragilis)、普通拟杆菌(B.vulgatus)、粪拟杆菌(B.caccae)、单形拟杆菌(B.uniformis)、拟杆菌亚种(B.sp.)AR20同源性最高。分析中还发现了3种可能代表拟杆菌新种的DNA序列。这种新发展的拟杆菌类群特异性PCR-TGGE技术简便、重复性强，可实现对大量人和动物肠道内拟杆菌组成的快速、准确分析以及动态监测。按照同样的方法、思路，本研究也对人肠道中与健康密切相关的双歧杆菌的组成进行了分析，同样也发现不同健康人肠道中双歧杆菌的组成有宿主特异性。对选定为HFA仔猪模型的供体的肠道双歧杆菌的组成分析显示，该个体肠道内含有两杈双歧杆菌(Bifidobacteriumbifidum)、婴儿双歧杆菌(B.infantis)、长双歧杆菌(B.longum)、青春双歧杆菌(B.adolescentis)、假小链双歧杆菌(B.pseudocatenulatum)及一种可能的新种，其中假小链双歧杆菌为最优势的种类，占双歧杆菌总数的51.3﹪。青春双歧杆菌和两杈双歧杆菌也是该个体肠道内双歧杆菌的主要类型，各占20﹪和18.8﹪。较之传统的培养方法，这种基于双歧杆菌特异性PCR基础上的TGGE分析技术更为灵敏、直观。
以上这两种针对拟杆菌和双歧杆菌的分子分析方法的建立，不仅有助于了解健康人肠道中这两类重要菌群的组成，也为下面对比和分析HFA仔猪肠道菌群的组成特点提供了一种可行的方法体系。
我们选用一10岁健康儿童(男)为构建HFA仔猪模型的供体，采集该个体的新鲜粪便样品制备菌悬液，接种饲养于恒温、恒湿的高效空气过滤屏障系统的剖腹产仔猪。通过4窝剖腹产仔猪共28头个体的饲养实验，本研究建立了使剖腹产无菌仔猪肠道中定植人肠道菌群并正常生长的方法，确立了适当的实验用猪种、饲喂仔猪的饲料、接种人菌群的剂量和时间，保证仔猪有较高的存活率。本研究还用分子微生物生态学的多种方法对HFA仔猪肠道菌群的组成进行了详细分析。ERIC-PCR指纹图谱技术对仔猪肠道菌群的动态监测显示，HFA仔猪肠道中5日龄时即建立了一个图谱较为复杂的菌群，该菌群于12日龄时开始稳定，且此时同窝仔猪肠道菌群的组成基本一致，个体差异很小。对人(包括供体)、HFA仔猪、普通仔猪肠道菌群组成的对比分析显示，HFA仔猪肠道菌群的ERIC-PCR指纹图谱虽然与其供体的指纹图谱并不完全相同，但相似性聚类分析和基于ERIC-PCR的群落分子杂交分析都显示，HFA仔猪肠道菌群的组成与人尤其是供体相似性高，而和普通仔猪差异较大。可以说，在HFA仔猪肠道中，供体人的肠道菌群虽然没有完全一模一样地“复制”在仔猪的肠道中，这些菌群在新的宿主体内进行了选择性的定植，但总的来说，HFA仔猪的肠道菌群与其供体人的肠道菌群还是高度同源，它和供体人的菌群组成的差异小于不同人之间的个体差异。拟杆菌和双歧杆菌这两类重要的优势菌群的TGGE分析也显示，HFA仔猪肠道中的拟杆菌、双歧杆菌的组成与供体人的组成高度相似，而和普通仔猪显著不同，证实供体肠道中的拟杆菌、双歧杆菌在HFA仔猪中能够定植。
本研究是对悉生仔猪接种人肠道菌群的首次尝试，实验结果证实人肠道菌群可以在悉生仔猪肠道内定植，该结果是发展和完善HFA仔猪模型的先决条件和最关键的一步，预示这样一种HFA仔猪将会在人肠道微生态、代谢、免疫等方面的研究中拥有广阔的应用前景。本研究仅从微生物分子生态学的角度对HFA仔猪进行了评价，后续若能对HFA仔猪肠道菌群的代谢活性以及定植的菌群对宿主免疫、代谢、生理等方面产生的影响进行分析，则可完善对整个动物模型的评价，也必将在研究肠道菌群和宿主的互作方面取得一些突破性的进展。
最后，本论文还利用已建立的HFA仔猪模型，初步研究了某商业化生产的益生元成分对人肠道菌群的调节作用。通过对HFA仔猪连续饲喂一定剂量的益生元物质，发现在益生元处理6天时，益生元处理组HFA仔猪肠道菌群的组成较之对照组发生了一定的变化，但随着处理的继续，由仔猪断奶引起的肠道菌群的剧烈变化影响了对益生元效果的分析，益生元处理组和对照组间的差异变得不明显。我们还用16SrDNAV3区—TGGE方法比较分析了HFA仔猪在益生元处理前和益生元处理结束后肠道菌群图谱的变化，发现了两条在益生元处理组仔猪中优势或特有的TGGE条带，这两条条带可能代表一些受到益生元刺激后会大量增殖的肠道菌种类。通过对这两条条带的回收和测序分析，得知其中一条条带可能代表某种梭菌或丁酸盐产生菌，而另外一条条带代表一种迄今未有相近16SrDNA序列的新种。这些结果将为下一步更准确地评价益生元成分对肠道菌群的调节作用提供有益的线索。