《Microorganisms》：A Butyrate-Producing Probiotic, Clostridium butyricum DMZ-SG06, Improves Growth Performance, Immune Function and Gut Microbiota in Largemouth Bass (Micropterus salmoides)
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集约化养殖和抗生素滥用使大口黑鲈（Micropterus salmoides）易于发生频繁的大规模死亡和经济损失。益生菌是改善肠道健康和免疫力的有前景的抗生素替代品。研究人员评估了一株新型产丁酸菌株——丁酸梭菌（Clostridium butyricum）DM
集约化养殖和抗生素滥用使大口黑鲈（Micropterus salmoides）易于发生频繁的大规模死亡和经济损失。益生菌是改善肠道健康和免疫力的有前景的抗生素替代品。研究人员评估了一株新型产丁酸菌株——丁酸梭菌（Clostridium butyricum）DMZ-SG06，以阐明其促生长和免疫调节机制。试验设置三种饲料处理：对照组（Con，基础饲料）、T1（基础饲料中添加1 g丁酸梭菌菌粉，每10 g饲料含5 × 108 CFU）和T2（基础饲料中添加1 mL丁酸梭菌菌液，每10 g饲料含5 × 108 CFU）。共270尾健康大口黑鲈幼鱼（5.63 ± 0.03 g）被随机分为3组（每组90尾），每组设3个重复水族箱（60 × 40 × 34 cm）（每箱30尾）。试验鱼按对应饲料表观饱食投喂60天。结果表明，与对照组相比，T2组增重率（WGR）提高11.35%（p < 0.05，213.90 ± 12.30% vs. 192.10 ± 10.20%），并显著提高特定生长率（SGR，p < 0.05），其中T2组效果最佳。益生菌处理显著改善肠道形态、非特异性免疫指标和抗氧化状态（p < 0.05），其中T2组效果最为显著。丁酸梭菌DMZ-SG06显著降低促炎细胞因子水平。例如，T2组TNF-α水平较对照组降低1.39倍（128.57 ± 4.97 pg/g vs. 178.67 ± 7.80 pg/g，p < 0.05）。同时，抗炎细胞因子水平上调。例如，T2组IL-10水平较对照组升高1.32倍（321.89 ± 15.03 pg/g vs. 244.31 ± 7.57 pg/g，p < 0.05）。宏基因组分析显示，不动杆菌属（Acinetobacter）丰度降低，有益菌属（乳杆菌属Lactobacillus、副拟杆菌属Parabacteroides）富集（p < 0.05），与磷酸转移酶系统和半乳糖代谢相关的微生物功能增强（p < 0.05）。总之，丁酸梭菌DMZ-SG06通过丁酸代谢、免疫调节和菌群重塑促进大口黑鲈生长和肠道健康。值得注意的是，液体菌剂制剂在增强鱼类生长性能和肠道健康方面比粉剂具有更显著的效果，支持其作为无抗水产养殖中安全益生菌的应用。
论文解读：丁酸梭菌DMZ-SG06对大口黑鲈生长、免疫与肠道菌群的改善作用
大口黑鲈（Micropterus salmoides）是重要的淡水养殖经济鱼类，但集约化养殖导致水质恶化、病原压力升高和免疫抑制，肠道细菌性肠炎、诺卡菌病等频繁暴发，造成严重经济损失。抗生素长期使用引发耐药性、环境污染和水产品安全问题，因此亟需安全、可持续的抗生素替代品。益生菌可促进生长、改善肠道完整性和调节免疫，其中丁酸梭菌（Clostridium butyricum）因抗逆性强且能产生短链脂肪酸（SCFAs）尤其是丁酸而受到关注，但其对大口黑鲈肠道菌群功能和免疫稳态的调控机制尚不明确，粉剂与液体制剂的生物学差异也缺乏系统比较。为此，研究人员开展本研究，论文发表在《Microorganisms》。
主要技术方法：研究人员从广州养殖池塘沉积物中分离菌株DMZ-SG06（保藏号GDMCC 62333），经体外产酸筛选、耐酸耐胆盐和储存稳定性评价获得候选菌株，并进行全基因组测序和物种鉴定（平均核苷酸一致性ANI、数字DNA-DNA杂交dDDH）。饲养试验以270尾来自广东佛山某商业苗场的健康幼鱼（5.63 ± 0.03 g）为对象，随机分为对照组、T1（菌粉）和T2（菌液）3组，每组3个重复水箱，饲养60天。采集血清和肠道样品，采用组织学、血清生化指标检测、RT-qPCR、ELISA和宏基因组测序分析。
研究结果如下。
3.1 高产丁酸菌株DMZ-SG06的筛选与特性。通过孢子萌发率、丁酸产量、总有机酸积累、储存存活率及耐酸耐胆盐试验，研究人员筛选出性能最优的DMZ-SG06。该菌株在24 h丁酸浓度达1.65 mg/mL，25°C储存90天存活率超过90%，40°C储存10天存活率超过60%，并在pH 2.0和0.25%–0.5%胆盐条件下维持正常生长，表明其具备优良的产丁酸能力和应激耐受性。
3.2 基因组特征与代谢潜力。全基因组测序和物种鉴定确认DMZ-SG06为丁酸梭菌，基因组含3,855,706 bp环状染色体和769,297 bp内源质粒，共4210个蛋白编码基因。功能注释显示其富含碳水化合物代谢、能量代谢和氨基酸代谢基因，并含有完整的丁酸激酶（buk）和丁酰辅酶A:乙酸辅酶A转移酶（but）丁酸合成途径。基因组仅检出1个抗生素耐药基因（emrA）且无高风险毒力因子，提示其具有良好安全性。
3.3 对大口黑鲈生长性能和肠道形态的影响。60天饲养试验表明，T2组增重率（WGR）较对照组提高11.35%，特定生长率（SGR）显著升高，T2组存活率达100%。组织学观察显示，益生菌添加组肠道绒毛更长、排列更整齐，隐窝变浅，炎症细胞浸润减少；T2组绒毛高度增加24.74%，隐窝深度降低17.58%，绒毛高度/隐窝深度（VH/CD）升高51.35%，表明液体制剂更能改善肠道屏障完整性。
3.4 对抗氧化能力和免疫应答的影响。血清指标检测显示，T1和T2组溶菌酶（LZM）、酸性磷酸酶（ACP）和免疫球蛋白M（IgM）水平显著升高；超氧化物歧化酶（SOD）、总抗氧化能力（T-AOC）显著增强，T2组过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性升高，丙二醛（MDA）水平降低。分子检测显示，肠道促炎细胞因子IL-1β、IL-15和TNF-α表达下调，抗炎因子IL-10、TGF-β及信号调控因子TOR表达上调，ELISA结果与mRNA表达趋势一致，说明该菌株通过“抗氧化—抗炎—免疫增强”发挥协调调节作用。
3.5 对肠道菌群组成和代谢功能的调节。宏基因组测序显示，益生菌添加组肠道菌群α多样性（Sobs指数）降低，β多样性明显分离。菌群组成上，Bacillota（厚壁菌门）相对丰度增加，Actinomycetota（放线菌门）和Pseudomonadota（变形菌门）降低；梭菌属（Clostridium）、乳杆菌属（Lactobacillus）、类芽孢杆菌属（Paenibacillus）和副拟杆菌属（Parabacteroides）丰度呈上升趋势，假单胞菌属（Pseudomonas）和不动杆菌属（Acinetobacter）等潜在致病菌减少。功能富集分析显示，与代谢过程和群体感应相关的通路显著富集，磷酸转移酶系统（PTS）和半乳糖代谢通路增强，表明肠道微生物的碳水化合物利用和能量代谢能力提高。
讨论部分认为，DMZ-SG06丰富的碳水化合物代谢基因和完整丁酸合成途径保障了其高效产丁酸能力；液体剂型保留了发酵代谢产物（主要是丁酸），可与活菌芽孢发挥协同作用，因此效果优于粉剂。丁酸可能通过调节Keap1-Nrf2抗氧化通路增强抗氧化能力，并通过激活TOR信号通路协调生长与免疫。菌群重塑方面，丁酸梭菌产生的丁酸可降低肠道pH，促进乳杆菌增殖，而乳杆菌代谢产物又增强丁酸梭菌活性，形成“互促共生”的正反馈生态模型。研究提出“丁酸代谢—信号调控—菌群重塑—健康增强”的机制链，为无抗养殖益生菌开发提供理论依据。研究局限性包括仅设置单一剂量、未进行病原攻毒试验、重复水箱数有限，且液体剂型可能存在的载体效应无法完全排除。
研究结论部分翻译：本研究鉴定并表征了丁酸梭菌DMZ-SG06，该菌株具有强产酸能力、稳定性和基因组安全性。以粉剂或液体制剂形式作为饲料添加剂时，DMZ-SG06显著增强大口黑鲈的生长性能，优化肠道形态，并增强抗氧化和免疫功能；同时伴随肠道免疫因子表达和肠道菌群组成的有益调节。液体制剂效果优于粉剂，可能归因于活菌细胞与释放的代谢产物丁酸之间的协同作用。综上，丁酸梭菌DMZ-SG06通过丁酸代谢、免疫信号和菌群稳态的协调调节促进宿主健康。该研究为开发丁酸梭菌作为新一代环保型益生菌饲料添加剂提供了科学基础，并为可持续水产养殖中复合微生物制剂的研发提供了理论指导。然而，本研究结果来自实验室条件，未来需在实际养殖条件下验证其性能，并推动丁酸梭菌DMZ-SG06的产业化应用。
