体外模拟亚急性瘤胃酸中毒的RUSITEC模型优化及酿酒酵母补充剂对微生物发酵和稳定性的影响研究

这篇研究通过改良瘤胃模拟技术(RUSITEC)系统，建立体外亚急性瘤胃酸中毒(SARA)模型，评估缓冲液稀释与酿酒酵母(AY)补充对微生物发酵参数(pH、SCFA)及群落组成的影响。创新性采用360°间歇旋转装置模拟瘤胃收缩，发现AY在低缓冲条件下能稳定pH值(降低0.1单位)并维持纤维消化菌活性，为无动物实验的饲料添加剂评估提供了标准化方案。

　　

1 引言

随着动物实验伦理要求的提高，瘤胃模拟技术(RUSITEC)因其能连续模拟瘤胃环境(39°C厌氧、缓冲液灌注)成为研究热点。传统垂直搅拌式RUSITEC存在数据波动大的缺陷，本研究创新采用360°间歇旋转装置，更精准模拟瘤胃生理性收缩节律。通过建立亚急性瘤胃酸中毒(SARA)体外模型——定义为pH<5.8持续≥180分钟/天，探讨缓冲液稀释与高精料饲粮的协同作用，并验证酿酒酵母(AY)对微生物群落稳定的调节机制。

2 材料与方法

实验在奥地利Tulln研究中心进行，采用三批次重复设计(n=9)。改良RUSITEC反应器配备pH/氧化还原实时监测系统，以20g/天高精料饲粮(40:60草料:精料)和50%稀释McDougall缓冲液诱导SARA。AY补充组每日添加600mg Levabon^?酵母。通过16S rRNA测序(引物U341F/806R)和qPCR分析微生物组成，SCFA采用ICSep Ion 300色谱检测。

3 结果

3.1 pH动态

缓冲液稀释使日均pH降低0.1单位(p<0.001)，但未达SARA阈值。AY在50%缓冲组显著增强pH下降趋势(Δ0.02298，p=0.058)，其使pH<6.2的风险提高1.93倍(OR=1.93，p=0.016)。

3.2 发酵特性

50%缓冲组乙酸比例随实验进行下降11.7%，而100%缓冲组上升5.3%(p=0.0214)。丙酸比例整体降低，使乙酸丙酸比(A:P)从2.8升至3.4。

3.3 微生物响应

缓冲稀释使原虫18S基因拷贝数降低2个数量级(p=0.0003)，但细菌16S基因数保持稳定。微生物蛋白在液体相减少12%，而固相无变化。β多样性分析显示基质类型(液体/固体)是群落差异主因(p=0.001)，缓冲稀释仅呈趋势性影响(p=0.033)。

4 讨论

4.1 模型优化价值

60%缓冲液更新率(高于文献报告的36-40%)可能是未达SARA阈值的关键，提示流速与稀释度的平衡对模型建立至关重要。间歇旋转设计使SCFA数据变异系数降低至8.7%，优于传统垂直搅拌(15.2%)。

4.2 AY作用机制

AY通过维持低缓冲条件下的乙酸产量(较对照组高18.6%)，暗示其对纤维分解菌的保护作用。尽管α多样性无变化，代谢组学数据揭示AY可能通过提供B族维生素缓解氧化应激，这与体内研究结论相符。

5 结论

改良RUSITEC系统成功构建可重复的SARA评估平台，证实缓冲液稀释与高精料饲粮的协同效应。AY通过"代谢微调"而非群落重构维持瘤胃功能，为精准营养干预提供新视角。未来建议结合宏蛋白质组学深入解析AY作用通路。