益生菌有效防控病原新方法

中国水产门户网报道

图1 细菌硝化和反硝化作用示意图

                   图2 水体氮化合物剩余量与时间再生物除污中的关系。
      在实验室中，细胞在有氧或无氧条件下，培养在含高浓度的铵离子、硝酸盐和亚硝酸盐水平的培养液中两天 


      水产养殖中，大家对病原体有很高的关注度。其实，部分细菌性病原体是养殖对象体表和肠道里以及养殖水体和泥土里的正常菌落，但同时也是投机主义者。只要水质能保障了养殖对象的健康以及菌落稳定，这些“投机主义者”引起疾病的可能性是很低的。一旦养殖环境改变了，如水体恶化，养殖对象缺乏抵抗力，“投机主义者”就会把握机会，数量迅速增加，使养殖对象染病。因此，在防控病原的方法里，能保持稳定的环境和水质是相当关键的。
　　
　　除了适当的管理这一先决条件以外，能有效防控病原的方法还有接种疫苗和抗生素的应用，然而它们都有弊端。能针对各个养殖品种和病害的疫苗尚未研发出来，因为疫苗本身是有专一性和针对性的，目前主要针对是自然界中的病毒，在虾的养殖中应用的效果不好。高效的疫苗由各种因素所决定，如免疫状态，养殖对象的规格，疫苗配方，免疫路径和机制。另一方面，疫苗价格偏高，使用时需要较多的人力资源，还会对养殖对象造成不必要的压力。
　　
　　过去，抗生素常用于促进生长和防控病害方面，但如此的滥用抗生素不仅提高了大部分细菌性病原的抗性，而且还把抗性带入环境中去，最终，抗生素的使用引起广泛的争议。
　　
　　目前，还有其他方法可以选择，它们既能提高养殖对象免疫力，还能控制水质和病原体。像使用益生菌，就是其中一种能保持稳定的环境达到防控病原的方法。
　　
　　水质管理
　　
　　养殖对象的排泄物如粪便、尿素以及投喂残渣都会进入到养殖水体中去，随着这些有机物质累积，有毒化合物水平在增加，就会导致水体恶化。因此，需要把过量的有机物质和有毒化合物移出养殖体系。某些细菌就能在这一环节上大展身手。通常把使用植物或微生物像细菌等来去除水体中的多余成分这一环节称为生物除污。
　　
　　剩余的有机物质为“投机主义者们”提供了一个良好的生长环境，同时也为日后疾病的传染奠定了基础。有益的细菌如芽孢杆菌可以矿化有机物质，能减轻环境负担。
　　
　　含氮化合物如亚硝酸盐、硝酸盐以及来源于分解水体中废弃物和养殖对象排泄物的铵离子。当这些化合物超过一定量的时候，就会转变为有毒物质。铵离子会干扰神经元活动，，特别是在缺氧的情况下，如果长时间暴露在高浓度的亚硝酸盐环境里，会引起养殖对象窒息。即使是长时间暴露在安全浓度（较低）的硝酸盐环境，也会使得养殖对象体重和免疫力下降，从而增加染病的风险。
　　
　　为了避免上述情况的发生，某些益生菌就很自然地被引入到养殖系统中来。这些细菌进行硝化作用或反硝化作用（如图1和2），因此使得水体中含铵、硝酸盐和亚硝酸盐水平较低。细菌的硝化作用是把水体的铵氧化为硝酸盐；反硝化作用则是把水体中的烟硝酸盐还原成氮气。硝酸盐是两个反应的中间产物。混合使用多种细菌能提高硝化和反硝化的能力，并能有效移除三种有害物质。
　　
　　硫化氢等硫化物是养殖中的另一个问题。在缺氧环境里，底层有机物的分解会产生硫化氢，硫化氢会阻碍养殖对象正常的呼吸作用，严重的会导致窒息。如果池底有黑色的淤泥，这就表明了水体有硫化氢的存在，因为硫化氢和铁离子发生反应形成硫化亚铁。
　　
　　使用一些益生菌可以有效控制水体中的硫化氢含量，如硫杆菌和副球菌属，以硫杆菌为例，它能同时去除硝酸盐和硫化氢，并把有毒硫化物转为无毒硫酸盐和氮气。
　　

图3 群体感应淬灭例子。默认生长被抑制的情况下群体感应相关活性（光的产物）有所下降


　　益生菌VS 病原体：群体感应系统
　　
　　与病原体对抗到底是益生菌的一个主要特征。一般情况下，通过几种机制来排除病原体的竞争力，形成对抗：生产抗菌物质如细菌素，生产有机酸来降低养殖对象消化系统的pH值进而抑制病原体的体内增长，还有与病原体在附着点和营养方面的较量。
　　
　　最近，有一种新方法引入到病原对抗中来：干扰群体感应，是破坏病原体细胞间通讯机制。
　　
　　1、菌间通讯
　　
　　群体感应（Q.S）是指根据自身分泌的信号小分子的阈值来感应细胞密度而产生细菌群体行为的基因调控方式。这个机制使得细菌群体协调合作，如形成生物膜，毒性和产生抗菌素和酶，这些都只在对抗成功率较高的时候启动，并增加细胞的代谢负担。就毒性而言，高效和及时表达毒性因子是成功感染的保障。
　　
　　不少研究已经可以确认了多种细菌的信号调节分子。其中最常见的信号分子是革兰氏阴性细菌使用的酰基高丝氨酸内酯（AHL）以及革兰氏阳性菌使用的一些小分子多肽。不少革兰氏细菌能产生了一种信号因子AI-2，所以一般把AI-2定义为种间细胞交流的通用信号分子。
　　
　　也有一些细菌像弧菌受雇于一组相关细菌作为它们的信号分子，所有这些信号分子把信息传递到环境中，包括物种的组成以及环境中营养和代谢方面的竞争情况。
　　
　　AHL信号分子基本系统由AHL合成酶（Luxi）和检测AHL的同源转录因子组成。（如图3）在绑定AHL后，探针将激活目标基因或使其失效。研究发现在弧菌中有更多复杂的多通道系统，在细胞膜的同源受体上,不同的信号分子都能被检测出来，这是因为每个信号都有一个特定的通道，每个通道的信息都会转化成相同的信号级联。
　　
　　2、群体感应淬灭
　　
　　当通讯受到干扰的时候，细菌群体不能协调合作，破坏了QS调控功能。最好的情况就是，群体感应淬灭使得病原菌毒性下降和易受攻击。
　　
　　群体感应中有几个过程能成为破坏系统的目标。一是抑制信号分子的合成，使细胞沉默，胞间没有交流；二是通过合成一些信号分子的结构类似物，与相应的蛋白受体结合，从而阻挡了信息传递；三是用酶降解信号分子使其不能与受体蛋白结合。
　　
　　大自然里的植物、细菌和藻类能产生各种抑制剂。例如，大蒜含有阻断信息流的化合物，海洋红藻产生和AHL结构类似的卤化呋喃酮，从而阻止信息进入到受体。
　　
　　细菌破坏和降解AHL的机制已经升级了，一些芽孢杆菌属能产生水解AHL内酯环的酶。其他种类还有像劳氏菌属和贪噬菌，能产生作用在AHL酰胺结合部位的酶。这些益生菌能通过两种途径来控制病原体，一是产生抑菌物质来抑制生长，二是抑制信息交流来控制病原体。
　　
　　3、淬灭系统
　　
　　过去的数十年间，研究表明QS信号分子中有过多表达特征的指示菌，像发光，产生荧光和色素。这些指标菌不仅应用于检测群体感应的能力，还应用于对细菌感应淬灭的研究，这可辨别出益生菌所产生的抗菌物质究竟是抑制了信息交流所还是生长（图3）。