(完整版)肠道微生物介绍课件.ppt

1、研究方向：动物营养与饲料科学研究方向：动物营养与饲料科学 消化道微生物消化道微生物石河子大学石河子大学The discovery of microorganismsThe first person to Antony van Leeuwenhock (1632-1723)吕文虎克Accurately observe and describe microorganismsThe history of MicrobiologyLouis Pasteur working in his laboratoryLouis Pasteur(1822 1895)Pasteur(1857)demonstrate

2、d that lactic acid fermentation is due to the activity of micro-organisms Pasteur(1861)conflict over spontaneous generation birth of microbiology as a science Pasteur(1881)developed anthrax（炭疽）vaccine Pasteurization发现并证实发酵是由微发现并证实发酵是由微生物引起的生物引起的彻底否定了彻底否定了“自然发生自然发生”学说：学说：曲颈瓶试验曲颈瓶试验免疫学免疫学预防接种：预防接种：狂犬疫

3、苗狂犬疫苗巴斯德消毒法：巴斯德消毒法：60-60-6565作短时间加热处理，作短时间加热处理，杀死有害微生物杀死有害微生物Robert Koch in his laboratoryThe recognition of microbial role in diseaseRobert Koch(1843 1910)The discovery of microbial effects on organic and inorganic matter The Russian microbiologist Winograsky discovered that soil bacteria could oxi

4、dize iron,sulfur and ammonia to obtain energy,and also isolated nitrogenfixing bacteria.Beijerinck made fundamental contributions to microbial ecology.He isolated Azotobacter（固氮菌）and Rhizobium（根瘤菌）.Alexander Fleming(1881-1955)Alexander Fleming discovered the antibiotic penicillin.He had the insight

5、to recognize the significance of the inhibition of bacterial growth in the vicinity of a fungal contaminant.抑菌试验抑菌试验 Our world is populated by invisible creatures too small to be seen with the unaided eye.These life forms,the microbes or microorganisms,may be seen only by magnifying their image with

6、 a microscope.Branches of MicrobiologyBacteriologyProtozoologyParasitologyMicrobial MorphologyMycologyVirologyPhycology or AlgologyMicrobial physiologyMicrobial taxonomyMicrobial geneticsMolecular biologyMicrobial ecology微生物参与一些有机物和无机物的变化（如自然界中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）；发生的发酵，碳、氮和硫的循环）；微

7、生物的研究：显微镜，分离和纯培养；分子生物学；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。放大数百倍、几千倍甚至几万倍才能看清的微小生物。第一节第一节 微生物概述微生物概述1 1非细胞型微生物：病毒属此类非细胞型微生物：病毒属此类，最小，无细胞结构，最小，无细胞结构，须在活细胞内增殖。须在活

8、细胞内增殖。2 2原核细胞型微生物：细菌、放线菌、螺旋体、支原原核细胞型微生物：细菌、放线菌、螺旋体、支原体、立克次氏体和衣原体属体、立克次氏体和衣原体属。此类仅有核质，无核膜此类仅有核质，无核膜和核仁，缺乏完整的细胞器。和核仁，缺乏完整的细胞器。3 3真核细胞型微生物：真菌真核细胞型微生物：真菌和原虫和原虫属此类属此类。细胞核有细胞核有核膜、核仁和染色体，胞浆内有完整的细胞器。核膜、核仁和染色体，胞浆内有完整的细胞器。原核生物界（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（真核微生物（Eucaryotic microbes）真菌(Fungu

9、s)原虫(Protozoa)病毒（病毒（Virus）艾滋病毒艾滋病毒 SARS SARS 病毒病毒 传染性软疣病传染性软疣病 水痘病毒水痘病毒 蘑菇蘑菇 孢子囊孢子囊 灰指甲灰指甲 瘤胃原虫瘤胃原虫OphryoscolexOphryoscolex 细菌细菌 人体细菌人体细菌 划线分离划线分离 细菌感染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，5001000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

10、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（肠道微生物数量（10101212-10-101414）体表面积微生体表面积微生物数量物数量=10=10*人体细胞数目（人体细胞数目（10101111个）个）微生物基因数量微生物基因数量=100=100*人体基因数量（人体基因数量（3.53.5万个）万个）主要包括细菌，真菌和原生动物，此外还有少数的噬菌主要包括细菌，真菌和原生动物，此外还有少数的噬菌体体瘤胃中的细菌：占瘤胃生物量的瘤胃中的细菌：占瘤胃生物量的50%50%80%80%，10101111-10-10121

11、2个个/ml/ml真菌：真菌：10103 310105 5个游动孢子个游动孢子/mL/mL。生活周期约。生活周期约24243232小小时时原虫：原虫：10105 510106 6个个/mL/mL，大小，大小4040200200m m螺杆菌螺杆菌消化链球菌属消化链球菌属肠细菌肠细菌放线菌放线菌牛棒杆菌牛棒杆菌1.1.维持肠道微生态平衡维持肠道微生态平衡平衡失调：生产性能下降和发病。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，占正常情况下：厌氧菌为优势种群，占99%99%以上。主要包括以上。主要包括拟杆菌、双歧杆菌、乳酸杆菌、优杆菌等；需氧菌及兼性厌拟杆菌、双歧杆菌、乳酸杆菌、优杆

12、菌等；需氧菌及兼性厌氧菌只占氧菌只占1%1%。2.2.生物夺氧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。菌和兼性厌氧菌的增殖，防止发病。3.3.生物颉颃作用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。生物粘附到肠粘膜上皮细胞上，随粪便排出体外。4.4.增强机体免疫功能增强机体免疫功能提高抗体水

13、平和巨嗜细胞的活性，刺激免疫、激发机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。体体液免疫和细胞免疫，增强机体的免疫力和抗病力。5.5.产生营养物质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。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、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

14、长性能。长和提高生长性能。三大类：有益菌、有害菌和中性菌。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，宿主表现为不致与环境之间始终处于动态平衡状态，宿主表现为不致病。病。研究指出，体魄强健的人肠道内有益菌的比例达到研究指出，体魄强健的人肠道内有益菌的比例达到70%70%，普通人则是，普通人则是25%25%，便秘人群减少到，便秘人群减少到15%15%，而癌症病，而癌症病人肠道内的益生菌的比例只有人肠道内

15、的益生菌的比例只有10%10%。四个方面：四个方面：1 1）机体因素（肠道的酸碱性，胆汁及消化酶的分泌，）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）。环境因素（压力，出差等）。2 2）食物（可消化的食物与不可消化的纤维，药物等）。）食物（可消化的食物与不可消化的纤维，药物等）。3 3）细菌自身因素（细菌的黏附能力，繁殖能力，营养）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）。需求量，抗消化酶能力等）。4 4）细菌之间的相互作用（营养竞争，相互抑制作用

16、，）细菌之间的相互作用（营养竞争，相互抑制作用，协同作用等）。协同作用等）。放线菌放线菌Herbivores 70%of dietary energy can be from microbial fermentationcf.Humans 10%核酸探针检测技术核酸探针检测技术荧光原位杂交荧光原位杂交(FI SH)(FI SH)技术技术限制性片段长度多态性标记限制性片段长度多态性标记RFLPRFLP随机扩增多态性标记随机扩增多态性标记RAPDRAPD聚合酶链式反应及相关技术聚合酶链式反应及相关技术反转录反转录PCRPCR技术技术(RT-PCR)(RT-PCR)竞争竞争PCR(c-PCR)PCR

17、(c-PCR)AFLPAFLP标记标记RAP-PCRRAP-PCR电泳分离及其显示方法电泳分离及其显示方法溴乙锭溴乙锭(EB)(EB)染色方法染色方法聚丙烯酰氨凝胶电泳聚丙烯酰氨凝胶电泳(PAGE(PAGE分离分离)银染方法银染方法变性梯度凝胶电泳变性梯度凝胶电泳(DGGE)(DGGE)基因重组技术基因重组技术基因芯片技术基因芯片技术16S rDNA PCR1 kb16S rRNA5S rRNA23S rRNAtRNA-Glu1 2 3 4 5 6 7 8 9DNAV1V2V3V4V5V6V7V8V9Extraction of nucleic acid and amplification of

18、 16S rRNA genes Lysis,DNA/RNA extraction DNA/RNA purification PCR/RT-PCR amplification of 16S rRNA or functional genes DGGE,TGGE,RFLP,t-RFLP,SSCPCloningSequencingIdentificationPhylogenetic analysisFingerprinting:M 1 7 16 28 67 118LimedLimed 1 7 16 28 67 118 1 7 16 28 67 118Unlimed 1 7 16 28 67 118 M

19、UnlimedRangel-Castro et al.2005 Env Micro 7,544-552.saf1_201 TM29Acidobacterium capsulatum env.MC103 saf1_112 sl1_220 sl2_715 env.MC101 sl1_221 env.MC27 sl1_214 sl3_811 sl2_703 saf1_109 SBR1078 saf1_208 saf3_004 SBR1020 sl3_614 saf2_419 2 Clones saf1_312 sl1_009 SBR2086 saf2_414 sl2_706 clone DA008

20、2 Clones saf2_112 saf2_210 sl2_710 sl1_207 Holophaga foetida saf1_111clone DA052 saf1_118 sl3_809 sl3_806 saf3_223 sl1_018 saf2_415 sl3_602 saf3_020 sl1_211 env.MC18clone DA101 sl3_802 Verrucomicrobium spinosum saf3_022Deinococcus radiodurans saf3_110 Thermus aquaticus 2 Clones sl2_717 sl1_224 Chlor

21、obium vibrioforme saf3_018 Stigmatella aurantiaca sl1_105 sl3_601 Flexibacter canadensis sl1_215Flexibacter flexilisRunella slithyformis sl1_222 sl1_021 saf2_118Cytophaga johnsonae sl1_218 sl1_005 sl1_201Flavobacterium ferrugineum sl1_212SBR2061 sl3_619SphingomonasSporocytophagaVerrucomicrobiumAcido

22、bacteriumSourhope 1Sourhope 2HolophagaSourhope 3Sourhope 4Deinococcus/ThermusSourhope 5Green sulphur bacteriaCytophagas-Flexibacteria-BacteroidesSourhope 1Sourhope 2Sourhope 3Sourhope 4Sourhope 5McCaig et al.,1999 AEM 65,1721-1730Strain able to degrade dewaxed cotton(007C)*Strain defective in cotton

23、-degradation(007S)*Stewart CS et al(1990)J.Appl Bacteriol;FEMS ML一、肠道微生物与寄主的共生关系类型一、肠道微生物与寄主的共生关系类型互利共生（互利共生（Symbiosis），同食共生（），同食共生（Commensal）和）和致病（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致炎性肠病肠道微生物对肠道免疫反应的影响肠道微生物对肠道免疫反应的影响 动物肠道黏膜免疫系统与高密度的肠道微生物长期对动物肠道黏膜免疫系统与高密度的肠道微生物长期对抗、合作的

24、结果。抗、合作的结果。肠道微生物对免疫系统发育的影响肠道微生物对免疫系统发育的影响 无肠道微生物时，无肠道微生物时，CD4T淋巴细胞（淋巴细胞（CD4+T细胞）少。细胞）少。肠道微生物对寄主治疗肠炎的影响肠道微生物对寄主治疗肠炎的影响 如双歧菌、乳酸菌和链球菌都有治疗肠炎的作用如双歧菌、乳酸菌和链球菌都有治疗肠炎的作用肠道微生物对寄主治疗代谢紊乱的影响肠道微生物对寄主治疗代谢紊乱的影响肠道微生物对寄主肠道发育的影响肠道微生物对寄主肠道发育的影响 无菌饲养的动物肠组织的发育不健全；易受病原菌无菌饲养的动物肠组织的发育不健全；易受病原菌侵袭。侵袭。肠道微生物对寄主能量平衡的影响肠道微生物对寄主能量

25、平衡的影响 肠道微生物与肥胖之间的关系。肠道微生物与肥胖之间的关系。微生物区系可以直接导致宿主肝脏甘油三酯产量增加微生物区系可以直接导致宿主肝脏甘油三酯产量增加抑制肠道表达的脂蛋白脂酶抑制肠道表达的脂蛋白脂酶(LPL)(LPL)抑制剂的表达促进抑制剂的表达促进脂肪细胞中甘油三酯储存脂肪细胞中甘油三酯储存微生物区系与瘦素微生物区系与瘦素(Leptin)(Leptin)的关系的关系某些肠道微生物代谢产物可被宿主直接吸收利用某些肠道微生物代谢产物可被宿主直接吸收利用益生素添加剂：为肠道微生物提供底物。益生素添加剂：为肠道微生物提供底物。益生菌有很强的抗结肠癌作用；也可延长结肠癌潜伏期。可能的机理可能

26、的机理：改变肠道微生物的代谢活动；改变肠道的物理化学环境；降解潜在致癌物；改变肠道菌群；产生抗癌-抗诱变的物质；提高宿主的免疫应答；影响宿主的生理活动；发酵不能被消化的食物形成有益代谢产物。鲜酵母、干酵母等微生物发酵产生CO2和水酸奶（酸奶（Yogurt）和奶酪（）和奶酪（Cheese）乳酸菌，保加利亚乳杆菌，嗜热链球菌乳酸菌，保加利亚乳杆菌，嗜热链球菌Streptococcus Streptococcus thermophilusthermophilusLactobacillus Lactobacillus bulgaricusbulgaricus预处理池预处理池储气罐储气罐发酵池发酵池发酵

27、袋发酵袋发酵工业的微生物主要包括细菌、放线菌、发酵工业的微生物主要包括细菌、放线菌、酵母菌和霉菌。酵母菌和霉菌。饲料工业常用的细菌包括有枯草芽孢杆菌、饲料工业常用的细菌包括有枯草芽孢杆菌、乳酸杆菌、醋酸杆菌、地衣芽孢杆菌、纳豆芽乳酸杆菌、醋酸杆菌、地衣芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌等孢杆菌、蜡样芽孢杆菌等主要包括薯类、籽实类、糠麸类、渣粕类（各种薯渣、主要包括薯类、籽实类、糠麸类、渣粕类（各种薯渣、玉米渣、脚粉、柑橘渣、甜菜渣、某些草粉等）、饼玉米渣、脚粉、柑橘渣、甜菜渣、某些草粉等）、饼粕类（如棉籽饼、菜籽饼、油茶资饼、蓖麻饼等），粕类（如棉籽饼、菜籽饼、油茶资饼、蓖麻饼等），还有秸杆类、粪便、及动物下脚料等。还有秸杆类、粪便、及动物下脚料等。发酵脱毒：黄曲霉和棉酚毒素等。发酵脱毒：黄曲霉和棉酚毒素等。改变蛋白质的品质：植物或低质蛋白质转变为微生物改变蛋白质的品质：植物或低质蛋白质转变为微生物蛋白。蛋白。产生促生长因子：有机酸、产生促生长因子：有机酸、B B 族维生素和未知生长因族维生素和未知生长因子。子。降低粗纤维降低粗纤维发酵饲料厂茶渣发酵TMR配合饲料发酵饲料生产过程豆腐渣发酵发酵饲料装袋密封过程谢谢！