肠道微生物介绍

研究方向：动物营养与饲料科学消化道微生物石河子大学[e-mail]anismsThefirstpersontoAntonyvanLeeuwenhock(1632-1723)吕文·虎克AccuratelyobserveanddescribemicroorganismsThehistoryofMicrobiologyLouisPasteurworkinginhislaboratoryLouisPasteur(1822–1895)•Pasteur(1857)demonstratedthatlacticacidfermentationisduetotheactivityofmicro-organisms•Pasteur(1861)conflictoverspontaneousgeneration–birthofmicrobiologyasascience•Pasteur(1881)developedanthrax（炭疽）vaccine•Pasteurization发现并证实发酵是由微生物引起的彻底否定了“自然发生”学说：曲颈瓶试验免疫学——预防接种：狂犬疫苗巴斯德消毒法：60-65℃作短时间加热处理，杀死有害微生物RobertKochinhislaboratoryTherecognitionofmicrobialroleindiseaseRobertKoch(1843–1910)Thediscoveryofmicrobialeffectsonorganicandinorganicmatter•TheRussianmicrobiologistWinograskydiscoveredthatsoilbacteriacouldoxidizeiron,sulfurandammoniatoobtainenergy,andalsoisolatednitrogen–fixingbacteria.•Beijerinckmadefundamentalcontributionstomicrobialecology.HeisolatedAzotobacter（固氮菌）andRhizobium（根瘤菌）.AlexanderFleming(1881-1955)AlexanderFlemingdiscoveredtheantibioticpenicillin.Hehadtheinsighttorecognizethesignificanceoftheinhibitionofbacterialgrowthinthevicinityofafungalcontaminant.抑菌试验Ourworldispopulatedbyinvisiblecreaturestoosmalltobeseenwiththeunaidedeye.Theselifeforms,themicrobesormicroorganisms,maybeseenonlybymagnifyingtheirimagewithamicroscope.BranchesofMicrobiologyBacteriologyProtozoologyParasitologyMicrobialMorphologyMycologyVirologyPhycologyorAlgologyMicrobialphysiologyMicrobialtaxonomyMicrobialgeneticsMolecularbiologyMicrobialecology微生物参与一些有机物和无机物的变化（如自然界中发生的发酵，碳、氮和硫的循环）；微生物的研究：显微镜，分离和纯培养；分子生物学；微生物对其他生物和人类健康产生影响。微生物是一类繁殖快、分布广、体形微小、结构简单、肉眼看不见，必须借助于光学显微镜或电子显微镜放大数百倍、几千倍甚至几万倍才能看清的微小生物。第一节微生物概述1．非细胞型微生物：病毒属此类，最小，无细胞结构，须在活细胞内增殖。2．原核细胞型微生物：细菌、放线菌、螺旋体、支原体、立克次氏体和衣原体属。此类仅有核质，无核膜和核仁，缺乏完整的细胞器。3．真核细胞型微生物：真菌和原虫属此类。细胞核有核膜、核仁和染色体，胞浆内有完整的细胞器。原核生物界（Procaryotae）（1）光能营养原核生物门（2）化能营养原核生物门真核微生物（Eucaryoticmicrobes）真菌(Fungus)原虫(Protozoa)病毒（Virus）艾滋病毒SARS病毒传染性软疣病水痘病毒蘑菇孢子囊灰指甲瘤胃原虫Ophryoscolex细菌人体细菌划线分离细菌感染广泛分布于自然界中，无论是高山平原、江河湖海、动植物体内外，乃至一般生物无法生存的臭氧层、海洋底和岩芯中，都有微生物存在。一、概述：肠道微生物：超过99%是细菌，数量约为1011个，500～1000个种类。包括97%严格厌氧菌和3%需氧菌。肠道菌厌氧菌类杆菌属，双歧杆菌属，真杆菌属，梭形杆菌属，梭状芽胞杆菌属和乳酸菌好氧菌革兰氏阳性肠细菌：大肠杆菌属和沙门氏菌属革兰氏阴性肠细菌：肠球菌、葡萄球菌和链球菌肠道微生物数量（1012-1014）体表面积微生物数量=10*人体细胞数目（1011个）微生物基因数量=100*人体基因数量（3.5万个）主要包括细菌，真菌和原生动物，此外还有少数的噬菌体瘤胃中的细菌：占瘤胃生物量的50%～80%，1011-1012个/ml真菌：103～105个游动孢子/mL。生活周期约24～32小时原虫：105～106个/mL，大小40～200μm螺杆菌消化链球菌属肠细菌放线菌牛棒杆菌可培养微生物不可培养微生物(16SrRNAgenediversity)1.维持肠道微生态平衡平衡失调：生产性能下降和发病。正常情况下：厌氧菌为优势种群，占99%以上。主要包括拟杆菌、双歧杆菌、乳酸杆菌、优杆菌等；需氧菌及兼性厌氧菌只占1%。2.生物夺氧需氧微生物，特别是芽胞杆菌消耗肠道内的氧气，形成厌氧环境，有利于乳酸杆菌等有益微生物生长，抑制有害需氧菌和兼性厌氧菌的增殖，防止发病。3.生物颉颃作用有益微生物与病原微生物产生颉颃作用。抑制病原微生物粘附到肠粘膜上皮细胞上，随粪便排出体外。4.增强机体免疫功能提高抗体水平和巨嗜细胞的活性，刺激免疫、激发机体体液免疫和细胞免疫，增强机体的免疫力和抗病力。5.产生营养物质有益微生物可产生淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶和纤维素酶等，降解饲料中蛋白质、脂肪和复杂的碳水化合物。有益微生物能产生各种营养物质，如维生素、氨基酸、未知促生长因子等，参与机体新陈代谢，可促进动物生长和提高生长性能。三大类：有益菌、有害菌和中性菌。机体健康与肠道内益生菌群结构息息相关。肠道菌群中不同种类之间，菌群与宿主之间，菌群、宿主与环境之间始终处于动态平衡状态，宿主表现为不致病。研究指出，体魄强健的人肠道内有益菌的比例达到70%，普通人则是25%，便秘人群减少到15%，而癌症病人肠道内的益生菌的比例只有10%。四个方面：1）机体因素（肠道的酸碱性，胆汁及消化酶的分泌，肠道的蠕动，肠道黏液的分泌，肠道表皮的脱离等）及环境因素（压力，出差等）。2）食物（可消化的食物与不可消化的纤维，药物等）。3）细菌自身因素（细菌的黏附能力，繁殖能力，营养需求量，抗消化酶能力等）。4）细菌之间的相互作用（营养竞争，相互抑制作用，协同作用等）。放线菌Herbivores–70%ofdietaryenergycanbefrommicrobialfermentationcf.Humans–10%可培养微生物不可培养微生物(16SrRNAgenediversity)核酸探针检测技术荧光原位杂交(FISH)技术限制性片段长度多态性标记RFLP随机扩增多态性标记RAPD聚合酶链式反应及相关技术反转录PCR技术(RT-PCR)竞争PCR(c-PCR)AFLP标记RAP-PCR电泳分离及其显示方法溴乙锭(EB)染色方法聚丙烯酰氨凝胶电泳(PAGE分离)银染方法变性梯度凝胶电泳(DGGE)基因重组技术基因芯片技术16SrDNAPCR1·kb16SrRNA5SrRNA23SrRNAtRNA-Glu123456789DNAV1V2V3V4V5V6V7V8V9Extractionofnucleicacidandamplificationof16SrRNAgenesLysis,DNA/RNAextractionDNA/RNApurificationPCR/RT-PCRamplificationof16SrRNAorfunctionalgenesDGGE,TGGE,RFLP,t-RFLP,SSCPCloningSequencingIdentificationPhylogeneticanalysisFingerprinting:M17162867118LimedLimed1716286711817162867118Unlimed17162867118MUnlimedRangel-Castroetal.2005EnvMicro7,544-552.saf1_201TM29Acidobacteriumcapsulatumenv.MC103saf1_112sl1_220sl2_715env.MC101sl1_221env.MC27sl1_214sl3_811sl2_703saf1_109SBR1078saf1_208saf3_004SBR1020sl3_614saf2_4192Clonessaf1_312sl1_009SBR2086saf2_414sl2_706cloneDA0082Clonessaf2_112saf2_210sl2_710sl1_207Holophagafoetidasaf1_111cloneDA052saf1_118sl3_809sl3_806saf3_223sl1_018saf2_415sl3_602saf3_020sl1_211env.MC18cloneDA101sl3_802Verrucomicrobiumspinosumsaf3_022Deinococcusradioduranssaf3_110Thermusaquaticus2Clonessl2_717sl1_224Chlorobiumvibrioformesaf3_018Stigmatellaaurantiacasl1_105sl3_601Flexibactercanadensissl1_215FlexibacterflexilisRunellaslithyformissl1_222sl1_021saf2_118Cytophagajohnsonaesl1_218sl1_005sl1_201Flavobacteriumferrugineumsl1_212SBR2061sl3_619SphingomonasSporocytophagaVerrucomicrobiumAcidobacteriumSourhope1Sourhope2HolophagaSourhope3Sourhope4Deinococcus/ThermusSourhope5GreensulphurbacteriaCytophagas-Flexibacteria-BacteroidesSourhope1Sourhope2Sourhope3Sourhope4Sourhope5McCaigetal.,1999AEM65,1721-1730Strainabletodegradedewaxedcotton(007C)*Straindefectiveincotton-degradation(007S)**[StewartCSetal(1990)J.ApplBacteriol;FEMSML]一、肠道微生物与寄主的共生关系类型互利共生（Symbiosis），同食共生（Commensal）和致病（Pathogenic）宏基因组表明：肠道微生物整体丢失或过度繁殖会导致炎性肠病肠道