大连工业大学
《生物转化及资源化利用》文献综述
学生姓名黄君
所在院系生物工程学院
专业2015级生物学
学号15107100002029
成绩
《生物转化及资源化利用》——文献综述2015级生物学专业黄君15107100002029 苷类中药肠道细菌生物转化的研究进展
黄君
（大连工业大学生物工程学院辽宁大连116034）
摘要：苷类中药生物利用度低，摄入后需经肠道细菌代谢成苷元而发挥其药理作用．由于人群中不同个体的肠道茵群对同一苷类中药成分具有不同的生物转化作用，不同菌株的生物转化底物及代谢产物亦不相同。造成不同个体苷类中药的药效差异．因此，筛选出具有生物转化苷类中药活性的特异性肠道细菌茵属和菌株，将之与苷类中药同时摄入，将有助于消除苷类中药在人群中应用的个体差异．本文就苷类中药生物转化与肠内吸收的关系、特点及应用的研究进展加以综述。关键词：苷类；中药；生物转化；生物利用度
Advances in biotransformation of glycosides from Chinese medicinaI by human intestinaI Bacteria
(Biological Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116034) Abstract:The bioavailability of glycosides from Chinese medicinal is low．Glycosides are metabolized Into aglycons in presence of intestinal bacteria before they are absorbed．As there is individual difference in bioavailability Of glycoside，and there are also difference in substrate and metabolite among bacterial strains，drug effect difference is thus observed among individuals．Therefore，screening the specific bacterial genus or strains and using them as additive of glycosides should remove individual difference in bioavailability of glycosides．This article reviewed the recent advances in relationships，featlures and application in biotransformation of glycosides from Chinese medicinal．
Key Words：GIycoSide；Chinese medicinaI；Biotransformation ；BioavailabiIity
引言
苷(glycosides)，又称配糖体，是由糖或糖的衍生物，如氨基酸?糖醛酸等与另一非糖物质通过糖的端基碳原子连接而成的化合物，其中非糖部分称为苷元(ag1ycone)或配基.苷的药效由苷元决定的，苷元与糖结合成苷后，其理化性质改变，影响了药代动力学过程?药效强度和持续时间.药代动力学研究证明，苷类成分肠道内难以吸收?生物利用度低?肠内滞留时间较长而易受到肠道菌群的作用.苷经肠道细菌代谢后被水解，生成苷元而发挥其药理作用[1-4].因此，将苷类中药转化成苷元，提高其生物利用度的研究是有效提高其药效的一个重要方法，此方面研究已经成为国内外研究热点?
目前研究的转化方法主要有化学法，如日本Hayashibara橙皮研究所[5]采用糖基化方法制成糖基化橙皮苷?在强烈的化学反应中苷类物质的结构和构型会发生改变，导致其产物不稳定或药效消失?
酶解法，如瑞士雀巢研究中心[6]采用酶修饰方法，用橙皮苷酶水解橙皮苷获得橙皮素[7]?糖苷.但酶解法转化苷类中药是以苷提取物为作用底物，使用糖苷水解酶作为催化剂，工艺过程复杂，不利于工业化生产?
生物转化法的本质是由微生物产生的一种或几种特殊胞外或胞内酶作为生物催化剂对外源性底物进行的一种或几种化学反应?生物转化既可增加目标产物产量，克服化学合成的缺点，又因其大多数是在室温?中性环境中作用，减少了产物分解?异构?消旋和重排反应，因此具有位置选择性和立体选择性，和无毒?无污染?低成本?高收率?环境友好等特点[8]?本文将围绕苷类中药生物转化与肠内吸收的关系?特点及应用加以综述?
1.生物转化
生物转化(biotransformation)是以微生物或酶作为催化剂，以可再生资源取代化石资源，大规模生产人类所需的化学品、医药、能源、材料等，是解决人类目前面临的资源、能源和环境危机的有效手段。生物转化是生物学、化学、过程工程科学的交叉领域，是利用微生物细胞中的酶高效地、选择性地催化一种化学成分进行某种化学反应，以获得具有高活性成分的过程，即利用微生物代谢过程中产生的酶将无效或低效成分变为有效和高效成分，又称微生物酶法转化[1]。生物催化与生物转化是与生命和人类活动关系最为密切的自然规律之一。近年
来，随着基因组学、蛋白质组学等生物技术的飞速发展，大大地推动了生物转化的基础研究和应用研究。人们普遍认为生物催化与生物转化将是生物技术革命的第三次浪潮[3]。世界经合组织(OECD)指出：生物催化技术是工业可持续发展最有希望的技术[4]。巨大的社会需求和科学技术的进步将有力地推动新一代生物技术的快速发展。
2.生物转化技术的历史
纵览人类历史，微生物一直以来都具有极大的社会和经济重要性，人类利用生物催化与转化进行化学加工的实践甚至可以追溯到人类还尚未意识到微生物的存在之前。据《创世纪》中有关酿酒方面的记载，早在公元前6000年以前，苏美尔人和巴经伦人已经会酿造啤酒；埃及人会用酵母菌发酵面包。然而，用发酵法生产乙醇、有机酸等化学产品的历史并不很久，到19世纪后期才有文献报道。乳酸很可能是工业上用发酵法生产的第一种光学活性化合物，于1880年在美国得到实现。1921年，查普曼对大量早期有机化合物工业发酵过程进行了综述。进入工业革命时代之后，人们开始对天然微生物进行筛选和诱变，生产某些简单的代谢物，如氨基酸、有机酸和维生素。20世纪60年代开始进入到若干大宗化学品和精细化学品的生产，但应用范围仍比较狭窄。进入21世纪后，化石资源与能源的短缺和对环境的关注促进了生物催化和转化的重新崛起。同时，微生物多样性的研究，基因组学、基因工程、代谢工程的快速发展，以及现代过程工程原理和手段对生物催化和转化领域的渗透，为人类利用生物酶和合成途径来生产化学品创造了前所未有的机会。生物技术在20世纪80年代与90年代分别为生物医药与农业带来了革命性的飞跃。由于巨大的社会需要和科学技术的进步，以生物催化与生物转化为主要内容的工业生物技术，将必然得到更好的发展[5]。
大多数药物都具有极其复杂的结构，其理化性质和生理活性都与其分子的立体构型有关，尤其是生理活性对结构要求很严格。因此，应用通常的化学方法进行人工合成或结构修饰改造都是比较困难的。生物转化技术可以弥补化学合成的不足，在药物合成上具有重要的应用价值[7]。
2苷类中药肠道细菌生物转化
2.1 概述
苷类中药生物利用与肠道细菌的相互作用已经被很多学者所重视，做了大量的工作。大多数中药是通过口服在消化道吸收发挥局部或全身作用，因此脂溶性扩散是药物在消化道内跨膜转运的主要方式。但是大多数苷因亲脂性低而不易转运到靶部位，造成消化道对苷类成分吸收较差?较慢。而苷由特异肠道菌群分泌的酶水解为苷元后脱去糖基，极性减小，脂溶性增加?使苷元在人体内吸收快于苷的吸收。苷元能迅速经小肠吸收入血液循环，较快达到所需血药浓度，发挥其如芍药苷具有抗炎?镇痛?免疫调节及抗原发性肝癌等作用，而其口服药效作用
[5]
吸收率极低。经口服摄入的芍药苷需在肠道细菌分泌的B一葡萄糖苷酶和酯酶的催化下转化成其相应苷元Paeonimetabolin才能发挥生理作用。在Caco2细胞上的转运研究[2]亦发现芍药苷的生物利用度比其苷元低40倍?
人体肠道内存在大量微生物，约占人体微生物总量的80%，其中厌氧菌为需氧菌的100—1000倍。肠道正常微生物群类型包括三类:一是致病性类型，主要包括韦荣球菌?葡萄球菌?变形杆菌及假单胞菌，菌量少，在病理条件下可大量繁殖而致病。二是互生性类型，主要包括双歧杆菌?类杆菌?真杆菌和消化球菌，数量多，具有维生素合成?生物拮抗?促进蛋白质消化吸收和免疫刺激等生理作用。三是中间性类型。主要包括乳杆菌?大肠埃希菌?链球菌和韦荣球菌。数量介于前两者之间，既有生理也有致病作用。健康人肠道菌群的平衡是相当稳定的。内因或外因，如感染?胃肠功能紊外科手术?精神应激?使用抗菌素?衰老等原因均会影响肠道菌群的平衡，但造成的变动是非特异性的。如我国糖尿病患者调查发现，糖尿病患者肠道菌群紊乱，肠道内互生性类型菌显著减少。由于粪便中含有肠道内所有菌株?所以苷类中药肠道细菌生物转化的研究工作常以新鲜粪便为标本，从中筛选具有生物转化苷类中药能力的特异性菌株。
2.2苷类中药肠道细菌生物转化特点
研究发现同一种苷类中药不同个体间的药效存在差别。苷类中药体内代谢研究发现人群中不同个体肠道菌群对同一苷类中药成分具有不同生物转化作用。大豆异黄酮是目前研究较多的保健中药苷类，对于与激素有关的癌症(前列腺癌和乳腺癌)?心血管疾病和骨质疏松等疾病均有预防作用。大豆异黄酮中含量占优势的是大豆苷和染料木苷两种。肠道细菌对大豆异黄酮在宿主体内的降解和利用起着关键作用。大豆苷体内代谢研究发现，其被肠道细菌代谢为雌马酚和O-脱甲
基安哥拉紫檀素(O—demethylangolensin，ODMA)，但人群中大约只有1/3到1/2人摄入大豆苷后体内能生成雌马酚。Hedlund Pf 调查了白种人男性将大豆苷分解代谢为雌马酚的情况，结果发现有的人能将大豆苷彻底分解为雌马酚，而有的人体内未检测到雌马酚产生。大豆苷体内代谢差异还与人种有关，对比调查韩裔国人(KoreanAmerican，KA)和美国白人(Caucasian American，CA)体内大豆苷代谢方式。结果发现大豆苷在KAs体内的代谢产物多是雌马酚，而在CAs体内多为oDMA.Rafli et at观察了取自4份人粪便标本中的肠道细菌对大豆异黄酮的代谢情况，其中一份标本中检测到双氢大豆黄酮苷元;另一份中检测到双氢大豆黄酬苷元和雌马酚;其他两份标本中检测到ODMA和雌马酚。说明人群中不同个体肠道菌群对同一中药成分的生物转化产物存在差异，而正由于此差异导致了不同个体的苷类药效差异?
同时，苷类中药体内代谢研究结果亦发现不同肠道细菌的生物转化作用不同同个体药效差异是由于不同个体肠道菌群组成差异。肠道细菌菌株生物转化作用底物的选择性是由不同细菌产生的水解酶活性决定的[8]。这种选择性除了与苷元结构?与苷结合的糖基种类有关还与糖基连接到药物化学结构基本骨架上的位置有关。
由于单糖有α及β两种端基异构体，因此形成的苷分为α一苷及β一苷。由D型糖衍生的苷为β-苷(如β-D-葡萄糖苷)，由L型糖衍生的苷，多为α一苷(如α-L-鼠李糖苷)[10]。芒果苷是知母等16种植物性药物的主要成分，具有抗氧化?抗细菌?抗病毒?免疫调节及抗肿瘤等多方面的生理活性和药理作用?此菌株分泌的酶能够裂解C-糖基，其活性完全不同于其他裂解0一糖苷的葡糖苷酶活性。
2.3苷类中药肠道细菌生物转化应用
以黄豆(Phaseolus vulgaris L.)果实和苗中的苷类为作用底物，观察5种人源双歧杆菌菌株的β-葡萄糖苷酶活性。研究结果发现观察菌株均能够将山柰酚3一O一葡萄糖苷(kaempferol3-O-glucoside)?大豆苷?染料木苷和黄豆黄苷代谢为相应的苷元。认为在摄入豆类时，此5株双歧杆菌可作为添加剂来提高豆类中苷类的保健作用。
3.目前研究中存在的问题
人肠道细菌转化活性研究目前还存在着许多问题。如何更好地模拟肠内环
境，建立良好的试验模型是十分必要，也是迄待解决的问题[12]。常用体外模型包括肠液中药成分牛物转化模型?粪便培养基模型以及厌氧性连续培养系统。前者是取肠道内容物用厌氧培养基预培养?再与药物成分共孵育一段时间后?取样分析:后两者是利用新鲜粪便含有的细菌来代表肠内细菌组成。体外模型存在温育时间长的限制。在温育过程中，因无肠道内生物和非生物条件的束缚，细菌在缓冲液以及培养基中放置时间稍K，感受态细菌丧失，其他细菌增加，其结果必然导致菌群组成?转化活性发牛变化?从而不能反映体内真实情况。而悉生动物模型被称为在隔离器内饲养的整体人肠道菌群模型，代表性好，技术要求高，在一般实验室中难以实现。另外，当分离肠道细菌时，由于肠道细菌数目众多，其中约60%-80%的细菌目前尚无法培养，存在难以得到所需要的功能菌株的缺陷。同时人体肠道微生态系统存在定位?定性及定量的动态平衡，具有特异性功能的肠道细菌摄入体内后由于增殖数量受到限制而很难发挥作用。
4.结论
由于肠道菌群组成的个体差异导致了苷类中药个体应用的差异?从而影响了苷类中药的药效发挥。因此为了提高苷类中药的生物利用度，可从肠道生理状态的肠道菌群的生物活性入手，鉴别出具有牛物转化苷类中药活性的特异性肠道细菌菌属和菌株，将之与苷类中药同时摄入，将有助于将苷转化为苷元，消除苷类中药人群中应用的个体差异，提高苷类中药的生物利用度，进而提高苷类中药的药效。生物转化技术是一个充满机遇与挑战的研究热点，它具有原料来源广、制备简单、质量好及环境污染小等优点，可在一定程度上减轻野生资源不足的状况，同时也可生产一些化学法无法生产或生产成本高或对环境产生不良影响的新材料。发展生物转化技术，对国民经济有重要意义的产品体系(大宗化学品、手性化合物、生物能源和生物材料等)提供理论和技术支撑。在中国全面建设小康社会之时，对物质的需求更加迫切，能源、环境的矛盾十分突出，重视生物转化技术的研究也符合当前国家的发展目标。可以预见，生物转化技术将是21世纪化学工业最富生命力的技术之一。
参考文献
[1] Kanaze FI，Boumrtzi MI，Georgaral(is M，Niopas I.Phamacokinetics of the citrus flavanone aglycones hesPeretin and naringenin after single oral administration in human subjects.Eur J Clin Nutr 2007:61:472-477
[2] Liu ZQ，Jiang ZH，Liu L，Hu M.Mechanisms responsible for poor oral bioavailabilitv of paeoniflorin:Role of intestinal disposition and mteractions with sinomenine pharm Res 2006:23:2768-2780
[3]徐萌萌，王建芳，徐春，自家峰，何晨，薛慧玲，孙启玲.微生物转化苷类中药的机理及应用.世界科学技术一中医药现代化200白8:24.27
[4] Nemeth K，Plumb GW，Berrin JG，Juge N，Jacob R，Naim HY，Williamson G，Swallow DM，Kroon PA.Deglycosylation by small intestinal epithelial cell beta-glucosidases is a critical step in th
e absorption and metabolism o
f dietary flavonoid glycosides in humans.Eur J Nutr 2003;42:29-42
[5] Yamada M，Tanabe F，Arai N，Mitsuzumi H，Miwa Y，Kubota M，Chaen H，Kibata M.Bioavailability of glucosyl hesperidin in rats.Blosci Biotechnol boochem 2006:70:1386—1394 [6] Nielsen IL，Chee WS，Poulsen L，offord-Cavin E，Rasmussen SE，Frederiksen H，Enslen M，Barron D，Horcaiada MN，WiuiaInson G.Bioavailabilty is improved by enzvmatic modification of the citrus flavonoid hesperidin in humans:a randomized，Double-blind，crossover trial.J Nutr 2006;136:404.408
[7]于荣敏.天然药物活性成分的生物合成与生物转化.中草药2006;37:1281.1289
[8] KlibanoV AM.Improving enzymes by using them in organic solvents.Nature 2001;409:241—246
[9] Giri A，Dhingra V，Giri CC，Singh A，Ward OP，Narasu ML.Biotransformations using plant cells，0rgan cultures and enzyme systems:current trends and future prospects.Biotechnol adv 2001;19:175—199
[10] Demain AL，Adrio J L.Contributions of microorganisms to industrial biology . Mol Biotechnol 2008:38:41-55
[11] Rao SR，Ravishankar GA.Plant cell culCures:Chemical factories of secondary metabolites Biotechnol adv.2002:20:101-153
[12]杨红亚，吴少华，王兴红，彭谦.开展中药生物转化研究意义深远.中草药2004;35:1321-1324
[13] Silberberg M，Morand C，Mathevon T，Besson C，Manach C，Scalbert A，Remesv C.The bioavailability of Polyphenols is highly governed by the capacity of the intestine and of the liver to secrete conjugated metabolites.Eur J Nutr 2006;45:88-96
DNA使R型细菌转化为S型细菌的原理 实质是基因重组 R型活肺炎双球菌（受体菌）在对数期后期（生长后期）约40分钟内处于“感受态”，吸收外源DNA的能力比其他时期大1000倍。此时，R 型活肺炎双球菌（受体菌）细胞膜表面有30-80个“感受态因子”位点。感受态因子是一种胞外蛋白，它可以催化外来DNA片段的吸收或降解细胞表面某种成分，从而使细胞表面的DNA受体显露出来（也可能是一种自溶酶，可特异性地结合双链DNA）。被加热杀死的S型肺炎双球菌（供体菌）自溶，释放出自身的DNA片段（已经失活，但双链结构尚存在，分子量小于1×107，约含15个基因），称为“转化因子”。当“转化因 子”遇到感受态的R型活肺炎双球菌（受体菌）时，就有10个左右这样的双链片段与R型活肺炎双球菌（受体菌）细胞膜表面的“感受态因子”位点相结合，在位点上进一步发生酶促分解，形成平均分子量为4-5×106的DNA片段，然后双链拆开，其中一条降解，另一条单链逐步进入细胞，与受体菌染色体组上的同源区段配对，并使受体染色体组的相应单链片段被切除，从而将其替换，于是形成一个杂种DNA区段（它们间不一定互补，故可呈杂合状态）。随着受体菌染色体组进行复制，杂合区段分离成两个，其中之一类似供体菌，另一类似受体菌。当细胞分裂后，此染色体发生分离，于是就由R型肺炎双球菌产生出S型肺炎双球菌的后代。这个过程称为原核生物的转化，其实质是基因重组。 转化之所以会发生： 一、因为R型与S型的DNA可以同源区段配对，形成杂合细菌，通过分裂生殖形成R型和S型两种后代，不象许多人认为的（R型直接变成S 型）； 二、无荚膜的R型有非常重要的感受态，保证了S型的DNA可以进入。反之则不会发生：S型有荚膜，无感受态，不能作为受体菌，若人为除去荚膜，培养出无荚膜的后代，它就同时丧失了毒性，变成R型，当然就会有了感受态。
发酵中药研究进展 摘要：本文通过发酵中药的历史研究概况，不同发酵物料、不同发酵微生物和发酵基质对发酵中药的影响，发酵中药的研究现状及应用现状进行论述。 关键词：发酵；中药；微生物； 中药发酵是借助于酶和微生物的作用，在一定的环境条件下（如温度、湿度、空气、水分等），使药物通过发酵过程，改变其原有性能，增强或产生新的功效，扩大用药品种，以适应临床用药的需要[1]。中药发酵制药技术继承了中药炮制学发酵法的基础上，吸取了微生态学研究成果，结合现代生物工程的发酵技术而形成的高科技中药制药新技术，是从中药(天然药物)制药方面寻找药物的新疗效。随着人们对中药的认识不断深入及使用范围的不断扩大，对中药研究也不断地深入，通过先进的检测手段对发酵前后的药物组分进行研究，如通过高效液相检测就发现发酵转化的组分及转化的量，从而更加深入的研究发酵的原理。与此同时，随着现代生物技术的不断进步，特别是酶工程和组织细胞的体外培养的成功，又为中药的新型炮制提供了先进的手段。 1、中药发酵的历史概况 我国人民早在四千多年以前就开始利用微生物发酵来酿酒，我们现在常用的酱、醋、豆豉和臭豆腐等食品也是古人用微生物发酵来生产的。发酵中药的应用在我国具有悠久的历史，是传统中药加工炮制的重要方法之一，发酵中药作为一种炮制、加工工艺，不但改变了煎、煮、熬、炼、蒸、浸的传统工艺，而且使药效提高、药性发生改变。一些传统中药如六神曲、淡豆豉、半夏曲、红曲豆黄等，也是通过利用自然界微生物固体（如霉菌、酵母等）发酵而成的。但是由于当时认知和条件的限制，传统的中药发酵仅对自然界的菌种进行简单利用，且菌种不纯，针对性不强，不能利用现代研究成果定向改变药物的性能或有意识地根据药物之间的特性进行有目的的组合。同时，对那些在自然界中不占优势、生长条件又要求比较严格的微生物来说，就不可能用来中药发酵[2]。 2、中药发酵的种类 2.1根据发酵物料的状态，中药发酵，也有固态发酵和液态发酵两种类型。 2.1.1中药固态发酵
人体肠道菌群定量技术研究进展 姜美娟，梁冰 (中国人民解放军第401医院检验科，青岛266071) 摘要在传统微生物学研究中，人们只重视致病菌的作用，而没有重视正常菌群的作用。通过对肠道菌群的分布特点和生理功能的了解，我们认识到肠道菌群的微生态平衡与人的健康及疾病的密切关系系，针对传统培养方法存在的问题，国内外专家先后开展了分子生物学方法的研究和生物学评价工作。本文结合本课题组的研究，对各种技术的特点及存在的不足进行了全面的论述。 关键词肠道菌群;定量技术;进展 中图分类号:R445.6文献标识码:B doi:10.3969/j.issn.2095－1434.2011.03.013 正常菌群在人体内分布很广，其中以肠道菌群最具有代表性。对健康人的粪便标本研究已知，肠道内栖息着大约400 500种微生物，其中包括细菌、真菌和病毒等。这些微生物的总质量约为1kg，其体积相当于1个人的肝脏，其数量为1014个，是人体自身细胞总数的10 20倍［1］。在常见的十几种细菌中，绝大多数为专性厌氧菌，约占99%以上，包括双歧杆菌、乳杆菌、优杆菌、拟杆菌、消化链球菌等，也有少量的兼性厌氧菌、专性需氧菌和微需氧菌，如肠杆菌属细菌、肠球菌、葡萄球菌、酵母样菌等。它们构成了人体胃肠道的生物学屏障。肠道正常菌群与宿主、菌群中各种微生物之间相互依存，相互协调，处于动态平衡。大量研究表明，肠道正常菌群对宿主具有消化、吸收、营养、生物拮抗等生理作用，实际上已成为宿主生命的必需的组成部分。当这些正常的微生物群落受宿主及外环境影响，其种群数和菌量、活性发生了异常或定位转移时，这些群落中就容易容纳外籍菌，原先的平衡遭到破坏，出现菌群失调。在人体抵抗力降低的情况下，如瘦弱婴幼儿，年老体弱和患急、慢性疾病者，以及长期使用广谱抗生素、免疫抑制剂、肾上腺皮质激素、抗肿瘤药物和放射治疗者，尤其是应用广谱抗生素者，可使肠道正常菌群被抑制而数量减少，耐药的过路菌过量繁殖，造成肠道菌群失调，同时，肠道菌群的失调还会加重某些疾病的严重程度。因此确切了解肠道菌群变化及对肠道菌群进行精确定量对疾病的诊断有着重要的意义。 1直接镜检法 镜检法是目前广泛采用的进行肠道菌群分析的方法。该方法是通过油镜观察革兰染色粪便涂片的菌群象，估计细菌总数、球菌与杆菌比例，革兰阳性菌与革兰阴性菌的比例，结合各种细菌的形态特点、有无特殊形态细菌增多等结果来综合判断菌群状况。 观察细菌总数可以先计数部分(如1/8视野)油镜视野中细菌的数量，再对整个视野进行估计，观察几个视野后取平均值。一般来说，每视野细菌数在501 5000个为正常，101 500个为轻微少，11 100个为明显减少，11个以下为显著减少，也有高于5000的情况，但较少见，临床意义不大。细菌总数减少则与肠道菌群失调存在密切关系，应引起重视，并结合细菌类别构成等指标进行综合评估。由于通过涂片镜检的方法无法精确区分细菌种类，一般就细菌形态和染色性将细菌分为4大类，即革兰阳性杆菌、革兰阴性杆菌、革兰阳性球菌、革兰阴性球菌，通过计算4者的比例来评估肠道菌群的特征。具体计数方法为:计数1000个细菌中各类细菌的百分率。可先计数部分视野中(如1/8视野)各类细菌数，然后估计全视野中的各类细菌数［2］。该方法虽然由于所需设备简单，操作简便，耗时短，很适宜临床应用。但是并不能完全反映肠道菌群的状态，更不能对细菌种类及数量进行精确定量，而且操作过程受主观因素影响较大，不易于推广。 2活菌定量培养计数法 Hartemink等人［3］于1997年提出了活菌定量培养及计数的方法，即将一定质量的粪便标本，悬浮于PBS中，经连续10倍稀释，分别接种于不同的选择培养基中，进行培养。对不同培养基选取最佳分布菌落进行计数，并根据其相应稀释倍数而得到细菌在标本中的含量。此法可以同时显示肠道菌群的多样性和比例构成。但是，目前选择性培养基并不能真正做到完全特异性选择，仍有85%的肠道菌群无法培养得到。而且稀释平皿接种费时，通常孵育需2 3d，如果微生物分布不均，呈链状或成丛，则导致低估真正菌数。平皿接种中的氧化作用会杀死像双歧杆菌这样的厌氧菌，影响菌数的估计。 3聚合酶链式反应技术(polymerase chain reaction，PCR) 16S rRNA是编码细菌核糖体16S小亚基的核酸序列，而16Sr DNA是编码它的DNA序列，存在于所有细菌的染色体基因组中。16S rRNA基因可分为保守区和可变区，在不同的微生物可变区其核苷酸序列不同，一个16SrRNA的基因序列就代表着一种原核生物［4］。16SrRNA/rDNA分子是研究微生物的最佳靶分子，利用保守区系列设计通用引物来判断细菌的存在与否，也可以利用16Sr DNA可变区特异性序列来进行特异性微生物种属鉴定和分型，这在细菌分类学中可作为一个科学可靠的指标。基本过程是:先用PCR法扩增模板DNA，然后对扩增片段进行测序，获 182 第22卷第3期航空航天医学杂志2011年3月
大肠杆菌电转化感受态细胞制备 第一天: 1.将适合菌株(如XL1-Blue, DH5α置于LB或其他营养丰富的培养基上,在37°C 下过夜培养 2.高温灭菌大的离心瓶(250-500ml以备第二天摇瓶用 3.准备几瓶灭菌水(总量约1.5升,保存于冷冻室中以备第二天重悬浮细胞用 第二天: 4.转移0.2-1ml过夜培养物至装有500ml LB(或其他营养丰富的培养基的1-2升挡板摇瓶中 5. 37°C下剧烈振荡培养2-6小时 6. 定时监控O.D.600值(培养1小时后每半小时测定一次 7. 当O.D.600值达到0.5-1.0时,从摇床中取出摇瓶,置于冰上冷却至少15分钟(需要的话这种方式可以存放培养液数小时 8.细胞在4°C 5000g下离心15分钟,弃上清液(如需要,沉淀可在4°C的10%甘油中保存一两天 9.用灭菌的冰水重悬浮细胞。先用涡旋仪或吸液管重悬浮细胞于少量体积中(几毫升,然后加水稀释至离心管的2/3体积。 10.照上面步骤重复离心,小心弃去上清液 11.照上面步骤用灭菌的冰水重悬浮细胞 12.离心,弃上清液
13.用20ml灭菌的、冰冷后的10%甘油重悬浮细胞 14.照上面步骤离心,小心弃去上清液(沉淀可能会很松散 15.用10%甘油重悬浮细胞至最终体积为2-3ml 16. 将细胞按150μl等份装入微量离心管,于-80°C保存 转化方法: 1. 在冰上解冻电感受态细胞添加1-10μl DNA ,冰上培育约5分钟 2. 添加1-3μl DNA ,冰上培育约5分钟 3. 转移DNA/细胞混合物至冷却后的2mm电穿孔容器(无泡中 4. 加载P1000,准备好300μl LB 或2xYT 5. 对电穿孔容器进行脉冲(200 欧姆, 25μFd, 2.5 千伏(检查时间常数,应该在3以上 6. 立即添加300μl 的LB或2xYT至电穿孔容器中 7. 37°C下培养细胞40分钟至1小时以复原 8. 转移细胞至适当的选择培养基上培养 大肠杆菌感受态细胞制备及转化中的影响因素 1、感受态细胞的概念 重组DNA分子体外构建完成后,必须导入特定的宿主(受体细胞,使之无性繁殖并高效表达外源基因或直接改变其遗传性状,这个导入过程及操作统称为重组DNA 分子的转化。
水生动物肠道微生物研究进展 作者：张美玲杜震宇 来源：《华东师范大学学报（自然科学版）》2016年第01期 摘要：动物体消化道栖息着一个数量庞大、种类繁多的微生物群落，肠道微生物与宿主生理代谢的相互关系已成为国际生物学界研究的热点之一.然而与高等动物相比，水生动物这方面的研究尚处于起步阶段.本文从水生动物肠道共生微生物形成的影响因素、水生动物肠道微生物的组成特点、肠道微生物对宿主的影响以及肠道微生物生态学研究策略方面综述了近年来国内外研究取得的进展，阐述了消化道微生物分子生态学研究在水生动物营养代谢、免疫及发育调控中的意义和发展前景. 关键词：肠道微生物；水生动物；益生菌；免疫调节；营养代谢 中图分类号：Q938.1 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1000-5641.2016.01.001 0引言 动物体消化道内栖息着一个数量庞大的微生物群落，约含1000～5000种微生物，并由此在宿主肠道内形成了一个复杂的微生态系统（micro-ecosystem）.目前已知，消化道菌群与宿主及消化道环境（如食物、体温、pH值等）三者之间构成了相互作用与依赖的“三角”关系，共同参与营养物质的消化、吸收及能量代谢的过程，在高等动物中，已有很多研究阐明肠道微生物参与宿主营养代谢或免疫调节.新近的研究工作发现，人体肠道内的拟杆菌具有独特的碳水化合物结合结构域，可以有效地提高细菌对于膳食纤维的结合能力，增强其降解多糖的效率，帮助宿主利用膳食中的多糖类物质，人体肠道内的柔嫩梭菌（Fae-calibacterium prausnitzii）通过分泌特定的代谢物阻断NF-κB的激活及IL-8的产生，从而抑制肠道炎症疾病的发生，随着对肠道微生物功能解析工作的逐步深入，现在学界已逐渐认识到，在动物生理学尤其营养代谢研究中，必须充分考虑肠道细菌的作用。当前，高等动物肠道微生物与宿主生理代谢的相互关系与调控机制已成为国际生物学和医学的研究热点之一.然而水生动物肠道微生物与宿主生理的关联与调控研究尚处于起步阶段。相比于陆生脊椎动物，水生动物处于更为复杂的生态环境之中，其肠道微生物结构和陆生动物相比具有更大的多样性和复杂性，这也给水生动物肠道微生物研究带来了挑战。尽管如此，国内外仍有一些学者对水生动物肠道微生物进行了初步研究，并取得了较好的进展。 1水生动物肠道微生物结构形成的影响因素 与其它动物相类似，目前的研究表明水生动物的遗传背景、饲养环境、饲料组分均可以显著影响其肠道微生物的结构组成.关于宿主的遗传背景对肠道微生物的影响目前在国内外均有报道，研究发现处于不同生长环境中的斑马鱼肠道存在一个核心菌群，而生活在同一淡水环境
微生物在中药研究中的应用日趋深入 中药家族中有一类特殊的成员??微生物。近年来，随着生命科学对于微生物的研究越来越快、越来越深入，微生物除了作为中药材以外，业已成为中药现代化研究中不可缺少的工具之一，在中药二次开发、拓展中药资源、中药药理研究中发挥了令人瞩目的作用。 微生物相关中药培养引人注目 近年来，以从冬虫夏草中分离的真菌纯培养物代替冬虫夏草的研究取得了巨大的经济和社会效益，掀起了包括蝙蝠蛾拟青霉、蝙蝠蛾多毛孢、蛹虫草等虫生真菌在内的研究热潮。热潮所反映的正是这样一种现象---对传统微生物中药的生物学研究加深了传统微生物中药的应用和产品开发，特别是多种中药微生物纯培养物代替原药材的研究尤其引人注目，如灵芝、猴头等各种药用菌的栽培，对保护环境、保护资源、满足人民群众用药需求起到了十分巨大的作用。 研究发现，微生物相关中药的形成方式，可以分为以下几种情况。一是以腐生生活方式形成的大型药用真菌，如灵芝、猴头、木耳、香菇等。这些真菌基本上都可以实现人工栽培。二是由天然微生物发酵植物性中药材料形成，如神曲、红曲等，主要是酵母和丝状真菌。三是植物和微生物共生形成的中药，如天麻是蜜环菌和天麻植物的共生体，天麻植物依靠蜜环菌提供营养；猪苓也是由于蜜环菌侵入猪苓菌核形成的共生体，由蜜环菌提供营养。四是寄生真菌侵染活体昆虫形成的虫菌复合体，其实质是昆虫的致病菌。如冬虫夏草、僵蚕、蛹虫草等。五是微生物侵染植物后，植物抵抗微生物的侵染而形成的植物抗毒素，如龙血竭、沉香等。 而且，微生物相关中药活性成分的研究也加深了人们对这些中药药理作用的认识，药理学研究又促进了传统微生物中药在治疗现代社会的高发病，如癌症、心脑血管疾病、病毒性疾病中的应用。例如，多数微生物中药都具有滋补保健的效果，灵芝、冬虫夏草更是成为保健食品开发的热点；大多数药用真菌都含有真菌多糖，真菌多糖能增强免疫力，且没有直接的细胞毒作用，成为抗癌、抗病毒产品的开发热点。 中药微生物转化研究初步展开 目前，已有一些学者注意到开展中药微生物转化研究的巨大价值并付诸实践，取得了较好的研究成果。云南大学的王兴红等认为可以借助不同真菌产生的丰富酶系来炮制中药，达到产生新的药用成分、提高有效成分含量、降低不良反应的目的，并应用这一理论开展了薏苡仁的微生物转化研究。结果表明，经转化后的薏苡仁不仅原有抗癌组分的量提高，还出现了新的抗癌组分。中国药科大学的余伯阳教授提出将天然药物的生物转化研究与组合化学理论相结合，提出"中药生物组合化学 "的概念，并建议将其用于复杂天然药物的筛选和研制，开发具有中国特色的、新的高效活性先导化合物。他利用微生物对延胡索中镇痛成分延胡索乙素进行了转化，有两个菌株的转化物活性高于底物，经进一步分离，最终得到了两个转化产物，活性明显高于延胡索乙素。南京中医药大学药用真菌研究中心的庄毅建议以不同的中药材料为固体基质，通过接种不同的真菌获得不同的"药性菌质"，通过对"药性菌质"进行药理模型筛选后，可以获得不同的中药产品，达到对中药增效、扩用、减毒的作用。他在这一思路指导下培养了槐耳菌发酵中药，获得的发酵菌质药用效果比常规培养的槐耳菌质明显增强，使乙型肝炎e 抗原临床转阴率由33％提高到50％。 微生物应用于药理研究前景广阔 由于一些微生物具有与动物和人相类似的代谢途径，能产生相同或类似的代谢产物，利用这些微生物对中药的一些有效成分进行药理和毒理研究就变得十分可行，特别是可以在难合成药物和辅助确定代谢途径方面发挥重要作用，在药物开发的早期阶段提供药物代谢的可能途径。 中药以口服为主，它们必然在消化道中与肠道菌接触，肠道菌的代谢对中药的作用不容
R型细菌如何转化成S型细菌 R型活肺炎双球菌（受体菌）在对数期后期（生长后期）约40分钟内处于“感受态”，吸收外源DNA的能力比其他时期大1000倍。此时，R型活肺炎双球菌（受体菌）细胞膜表面有30-80个“感受态因子”位点。感受态因子是一种胞外蛋白，它可以催化外来DNA片段的吸收或降解细胞表面某种成分，从而使细胞表面的DNA受体显露出来（也可能是一种自溶酶，可特异性地结合双链DNA）。被加热杀死的S型肺炎双球菌（供体菌）自溶，释放出自身的DNA片段（已经失活，但双链结构尚存在，分子量小于1×107，约含15个基因），称为“转化因子”。当“转化因子”遇到感受态的R型活肺炎双球菌（受体菌）时，就有10个左右这样的双链片段与R型活肺炎双球菌（受体菌）细胞膜表面的“感受态因子”位点相结合，在位点上进一步发生酶促分解，形成平均分子量为4-5×106的DNA片段，然后双链拆开，其中一条降解，另一条单链逐步进入细胞，与受体菌DNA的同源区段配对，并使受体DNA的相应单链片段被切除，从而将其替换，于是形成一个杂种DNA区段（它们间不一定互补，故可呈杂合状态）。随着受体菌DNA进行复制，杂合区段分离成两个，其中之一类似供体菌，另一类似受体菌。当细胞分裂后，此DNA发生分离，于是就由R型肺炎双球菌产生出S型肺炎双球菌的后代。这个过程称为原核生物的转化，其实质是基因重组。 转化之所以会发生： 一、因为R型与S型的DNA可以同源区段配对，形成杂合细菌，通过分裂生殖形成R型和S型两种后代，不象许多人认为的（R型直接变成S型）； 二、无荚膜的R型有非常重要的感受态，保证了S型的DNA可以进入。反之则不会发生：S型有荚膜，无感受态，不能作为受体菌，若人为除去荚膜，培养出无荚膜的后代，它就同时丧失了毒性，变成R型，当然就会有了感受态。 三、真核生物的细胞膜表面结构与原核生物的大不相同，不会发生转化（转化本身只发生在同种菌株间或近缘菌株间）。我们可以放心去吃想吃的东西，包括被加热杀死的S型肺炎双球菌。 四、S型可以变成R型吗？当然可以！产荚膜细菌由于有黏液物质，菌落表面湿润、有光泽、黏液状，称光滑型—S型（smooth）；无荚膜细菌由于无黏液物质，菌落表面干燥、粗糙，称粗糙型—R型（rough）。自然状态下通过基因突变来完成，不是转化。人工方法是诱变，物理、化学方法都行，变过来的还能再变回。
2020肠道微生物与免疫的研究进展 人体正常的肠道微生物数量达1012~1014,其平均质量约为1.5 kg[1-2],约6~10个类群(3 000种)微生物组成[2-3]。婴儿在出生之后不久就有微生物在肠道定植,直到肠道微生物达到一个稳定的共生群[4]。肠道微生物对于宿主是有益的,在过去10年的研究中,已经发现肠道微生物在人体发育、肠道屏障、免疫调节、物质代谢、营养吸收、毒素排出，以及疾病的发生、发展等方面发挥着巨大的作用。肠道菌群的紊乱可能导致肥胖、肝硬化、糖尿病、心血管疾病，以及孤独症等各种疾病的发生。肠道微生物的主要功能是帮助宿主代谢,使能量和营养物质更好地被利用,为肠道上皮细胞提供营养,增强宿主免疫功能,帮助寄主抵抗病原菌[5]。最近，大量的研究表明,肠道微生物的代谢功能是非常重要的,并且效率远远超过肝的代谢功能。例如肠道微生物不仅可以影响视网膜的脂肪酸组成和眼睛晶状体、骨骼的密度、肠道血管的形成[6];而且可以提供必需的营养物质(生物素、维生素K、丁酸等)和消化食用纤维素[7]。肠道微生物同脊柱动物已经一起进化了几千年,因此，免疫系统正常功能(抵抗细菌病原体)的实施需要依靠肠道微生物。同时,肠道微生物是刺激“黏膜免疫系统”(mucosal immune system)和“全身免疫系统”(systemic immune system)成熟的重要因子[8-9]。许多实验研究发现肠道微生物的组成及代谢产物对免疫和炎性反应有很重要的影响。如果肠内部免疫系统
崩溃就会引起慢性肠炎疾病,例如克罗恩病和溃疡性结肠炎[10],然而,由于共生肠道微生物的多样性和很难断定哪种细菌是共生菌还是条件致病菌,所以对于肠道微生物定植反应的免疫调控是复杂的。近几年,肠道菌群与免疫的研究受到越来越多人们的关注。因此,本文就肠道微生物与免疫系统的关系做一综述。 1 肠道微生物群相关的疾病 近年来,大量肠道微生物与肠道生理功能关系的研究表明,肠道微生物在宿主健康与疾病方面有重要的作用[11],通过对炎性反应动物模型的研究已经确定肠道微生物与肥胖、糖尿病、过敏和哮喘等疾病的发展和变化有重要关系[12]。目前,已经有许多实验发现肠道微生物与肥胖和糖尿病有关,其中一个最新的研究表明，在遗传或者饮食诱导的肥胖小鼠肠道内Akkermansia muciniphila(一种存在于黏液层的黏液素降解菌,在健康情况下,它占肠道微生物菌群总数量的3%~5%)菌急剧减少,在饮食诱导的肥胖小鼠肠道内A. muciniphila的丰度比对照组小鼠低100倍,在饮食诱导的肥胖小鼠口服A. muciniphila后发现小鼠的体质量降低和身体指数得到改良;进一步研究发现,A. muciniphila可以降低胰岛素耐受性,控制脂肪储存、脂肪代谢、甘油酯和葡萄糖的稳态[13]。另一个研究通过比较Ⅱ型糖尿(T2D)和正常70岁欧洲妇女的肠道微生物组成,发现在有糖尿病的群体中,4个乳酸
肠道菌群领域研究进展（完整版） 已有大量研究证实，肠道菌群与肥胖、糖尿病、高脂血症、高血压、心脑血管疾病、慢性肾病、神经系统疾病等相关，肠道菌群科学家们2019年在肠道微生物组研究领域取得了研究成果； 【1】Nat Biotechnol：突破！科学家在人类肠道微生物组中鉴别出100多种新型肠道菌群！ 近日，一项刊登在国际杂志Nature Biotechnology上的研究报告中，来自英国桑格研究院等机构的科学家们通过对肠道微生物组研究，从健康人群的肠道中分离出了100多个全新的细菌类型，这是迄今为止研究人员对人类肠道菌群进行的最全面的收集研究，相关研究结果获奖帮助研究人员调查肠道微生物组在人类机体健康及疾病发生过程中所扮演的关键角色。 本文研究结果能帮助研究人员快速准确地检测人类肠道中存在的细菌类型，同时还能帮助开发出治疗多种人类疾病的新型疗法，比如胃肠道疾病、感染和免疫疾病等。人类机体中细菌大约占到了2%的体重，肠道微生物组就是一个主要的细菌聚集位点，同时其对人类健康非常重要。肠道微生物组的失衡会诱发诸如炎性肠病等多种疾病的发生，然而由于很多肠道菌群难以在实验室环境下生存，因此研究人员就无法对其进行更加直观地研究。
【2】Science：肠道微生物组可能是药物出现毒副作用的罪魁祸首 药物本是用于治疗很多患者，但是一些患者遭受这些药物的毒副作用。在一项新的研究中，来自美国耶鲁大学的研究人员给出了一种令人吃惊的解释---肠道微生物组（gut microbiome）。他们描述了肠道中的细菌如何能够将三种药物转化为有害的化合物，相关研究结果发表在Science期刊上。 研究者表示，如果我们能够了解肠道微生物组对药物代谢的贡献，那么我们能够决定给患者提供哪些药物，或者甚至改变肠道微生物组，这样患者具有更好的反应。在这项新的研究中，研究人员研究了一种抗病毒药物，它的分解产物可引起严重的毒副反应，并确定了肠道细菌如何将这种药物转化为有害的化合物。他们随后将这种药物给予携带着经基因改造后缺乏这种药物转化能力的细菌的小鼠，并测量了这种毒性化合物的水平。利用这些数据，他们开发出一种数学模型，并成功地预测了肠道细菌在对第二种抗病毒药物和氯哌嗪（一种抵抗癫痫和焦虑的药物）进行代谢中的作用。 【3】Nat Med：肠道微生物组的改变或与结直肠癌发生密切相关肠道中“居住”着很多不同的微生物群落，即肠道微生物组，其与人类健康和疾病息息相关，近来有研究表明，评估粪便样本中的遗传改变或能准确反映肠道微生物组的状况，或有望帮助诊断人类多种疾病。近日，一项刊登在国际杂志Nature Medicine上的研究报告中，来自
肠道菌群失调症的研究进展 王晓华1a,夏文涵1b,王晓刚2,黄广萍2 (1.南昌市卫生学校a.免疫及微生物教研组; b.解剖教研组,南昌330006; 2.南昌市第一医院检验科,南昌330008) 关键词:肠道菌群;肠道菌群失调症;研究进展 中图分类号:R446.5 文献标识码:A 文章编号:1009-8194(2007)08-0136-03 健康人群的胃肠道内寄居着种类繁多的微生物,这些微生物被统称为肠道菌群[1]。种类不同的肠道菌群按一定的比例组合,各菌间互相拮抗,互相协同,在质和量上形成一种动态生物平衡,一般情况下,肠道菌群与人体和外部环境保持着一个平衡状态,对人体的健康起着重要作用。但在某些情况下,这种平衡可被打破形成肠道菌群失调,引发疾病或者加重病情,引起并发症甚至发生多器官功能障碍综合征和多器官功能衰竭[2]。这种由于敏感肠菌被抑制,未被抑制的细菌便乘机繁殖,从而引起菌群失调,导致其正常生理组合被破坏,产生病理性组合,引起临床症状就称为肠道菌群失调症[3](alteration of intestina flor a)。近年来因肠道菌群失调而导致临床发病的机率约为2%~3%。为更好的预防和治疗因肠道菌群失调而致的不良后果,本文针对肠道菌群的特点与机能、肠道菌群失调症病因病理学改变、分类、检查、治疗和预后等相关研究作如下综述。 1 肠道菌群特点 肠道内的细菌是一个巨大而复杂的生态系统,一个人的结肠内就有400个以上的菌种,从口腔进入胃的细菌绝大多数被胃酸消灭,剩下的主要是革兰阳性需氧菌[4],胃内细菌浓度<103 10-3CF U/L(CFU:colony form ing unit菌落形成单位)。小肠菌的构成则介于胃和结肠之间。学者们为了将研究更为细致化,按照Dubos法将主要菌种如类杆菌属,双歧菌属和真杆菌属等根据其存在模式分成三大类:(1)与宿主共生状态的原住菌(autochlho no us m icrobio ta);(2)普遍存在于某种环境的普通菌(nor mal m icrobito ta);(3)偶然进入宿主的病原菌(pathog ens)。依照肠道菌群所持有合成维生素,协助营养素的消化和吸收,产生糖皮质激素作用增强因子,产生过氧化氢、硫化氢及其各种酸、抗生素等物质并结合其对宿主免疫机能的影响力,在机体感染防御中起积极作用这一生理学机能,我们不难理解肠道菌群具有相互影响的特点,任何打破其内外环境的举措都可导致菌群的失调。 2 肠道菌群失调症的发病机制 2.1 病因学 1) 饮食因素:运用测定细菌酶类的方法研究菌丛代谢活性的结果表明,饮食可使粪便菌丛发生明显改变。无纤维食物能促进细菌易位。G unffip等[5]用大鼠作试验研究,结果表明食物纤维能维持肠道菌群正常生态平衡,且细菌代谢纤维的终产物对小肠上皮有营养作用,纤维能维持肠黏膜细胞的正常代谢和细胞动力学。M acF ie[6]报道加入纤维的低渣饮食对保存肠的结构和功能有好的效果,纤维的保护作用是否通过直接刺激肠黏膜或诱导释放营养性胃肠激素尚不清楚。食物纤维能减少细菌易位,但不能使屏障功能恢复至正常。 2) 菌丛的变化因素:菌丛组成可因个体不同而存在差异,但对同一个人来说,在相当长的时期内菌丛组成十分稳定。每个菌种的生态学地位由宿主的生理状态、细菌间的相互作用和环境的影响所确定[7]。在平衡状态下,所有的生态学地位都被占据。细菌的暂时栖生可使生态平衡发生改变。 3) 药物的代谢因素:肠道菌丛在许多药物的代谢中起重要作用[8],包括乳果糖、水杨酸偶氮磺胺吡啶、左旋多巴等。任何抗生素都可导致结肠菌丛的改变,其取决于药物的抗菌谱及其在肠腔内的浓度。氯林可霉素和氨苄青霉素可造成大肠内生态学真空状态,使艰难梭菌增殖。应用甲氰咪胍等H2 受体拮抗剂可导致药物性低胃酸和胃内细菌增殖。 4) 年龄因素[9]:随着年龄的增高,肠道菌群的平衡可发生改变,双歧菌减少,产气荚膜梭菌增加,前者有可能减弱对免疫机能的刺激,后者导致毒素增加使免疫受到抑制。老年人如能维持年青时的肠道菌群平衡,也许能够提高免疫能力。 5) 胃肠道免疫功能障碍因素[10]:胃肠道正常免疫功能来自黏膜固有层的浆细胞,浆细胞能产生大量的免疫球蛋白,即分泌型IgA,此为胃肠道防止细菌侵入的主要物质。一旦胃肠道黏膜合成单体,或双体Ig A,或合成分泌片功能发生障碍,致使胃肠道分泌液中缺乏分泌型Ig A,则可引起小肠内需氧菌与厌氧菌过度繁殖,从而造成菌群失调,引起慢性腹泻。无症状的Ig A缺乏者,小肠内菌群亦可过度繁殖。新生儿期菌群失调发生率较高,亦可能与免疫系统发育未成熟或不完善有关。 2.2 病理改变 1) 细菌生长过盛:胃肠道的解剖和生理学异常会导致近段小肠内结肠型丛增殖,而出现各种代谢紊乱[11],包括脂肪泻,维生素缺乏和碳水化合物吸收不良。并可伴发生于小 收稿日期:2007-06-04
肠道微生物体外模型研究进展 随着分子微生态学，特别是高通量测序技术的发展，人类对肠道微生物的作用有了新的突破性认识。我们现在了解到人体和动物消化道系统中生长着大量的细菌，肠道中细菌的总数量甚至高出人体细胞总数的十倍。肠道微生物的菌群多样性受到多种因素的影响。其中环境和宿主的遗传背景在决定肠道菌群结构和组成方面各自起到50% 的作用。而且由于外部环境在肠道菌群结构形成过程中的巨大影响，个体之间肠道菌群结构和组成极为不同。目前的研究证明只有极少数的细菌存在于大多数人的肠道中。而个人之间菌群结构的不同反过来又直接影响到宿主的免疫系统发育和营养物质的吸收，甚至和自身免疫性疾病的产生相关。肠道微生物现在认为是人体的一个新“器官”。而肠道微生物生态的研究近十年来也受到了广泛的重视。但是肠道微生物研究存在的重要的瓶颈在于样品的采集。对正常人来说，除了收集粪便之外，小肠、升结肠、横结肠等部位的取样几乎不现实。另一方面，由于肠道细菌受到外部环境和宿主肠道环境的双重影响，如何区分外部环境和肠道内环境对肠道菌群的作用变得十分重要。所以，建立合理而易操作的体外模型对推动肠道微生态学、人体和动物营养学的发展非常有意义。本文就国内外目前经常使用的用于肠道微生态研究的体外肠道模型做一简单介绍。 体外肠道模型的发展 1 静止发酵或罐批量培养模型此模型为最原始、最简单的体外发酵模型。该发酵在小瓶子中或者pH 控制的批量发酵罐中进行。具体做法为在批量发酵罐中接入动物肠内容物或人粪便菌群的悬浮液，培养基中含有不同的待测碳水化合物或蛋白质，整个发酵过程在充满氮气或二氧化碳的下进行。该模型简单、易操作，可以同时对多种底物进行比较，所以用于对碳水化合物的初步筛选。缺点是只能用于短期的发酵研究，因为培养物内pH 和营养物水平变化很快群的改变导致该模型对肠道环境的模拟效果不理想。而且，由于死亡的细菌不能及时从发酵系统中清理出去，如果采用分子生态学的检测手段，如荧光定量PCR 或FISH 等方法无法区别死亡细菌还是活细菌，所以该模型不适用于使用16S rRNA 的分子生态学实验手段来测定菌群的变化，使用范围有比较大的局限性。但常规微生态学手段，如采用选择性培养基培养活细菌的方法还是能够测定菌群变化的。由于24 h 之后培养基中养分已被大量消耗，而发酵终产物不断累积，长时间培养结果离肠道实际内环境偏差很大。GIBSON 和FULLER 报道用此模型进行研究在48 h 内结果还是比较稳定可靠. 2 连续发酵培养系统食糜在人体和大部分单胃动物消化系统中按照口到肛门的单方向流动，所以肠道细菌在单胃动物肠道中的发酵可以看做是一种恒温连续发酵的过程。发酵工艺中连续发酵的特点和肠道发酵特点比较接近，所以通过恒化连续发酵工艺从理论上可以模拟肠道细菌发酵的自然过程。COATES 等首先设计了连续发酵培养系统，在这个系统中可以连续的加入新鲜培养基同时移除使用过的废液。随着设计工艺和制造技术的不断发展，研究人员已经可以在体外控制这个连续培养系统的pH、温度、氧化还原能和营养状态等，来控制发酵罐中细菌的数量与菌群结。最原始的连续培养是单相连续发酵模型。但由于大肠环境的复杂性及不同肠道位置的解剖结构和环境存在差异，单相连续发酵模型的局限性越来越明显，继而GIBSON 和MACFARLAN 等根据人体结肠的生理特点建立了三相连续发酵模型，同时通过比较该群的结构特点和突然死亡的人体肠道菌群的生理生化指标之间的相关性，对该模型的可靠性进行了验证。研究结果表明三相连续发酵模型能较好的模拟各个肠道解剖位置，即升结肠、横结肠和降结肠环境中肠道菌群的实际结构。现在常用的三相连续发酵系统由三个发酵瓶V1、V2 和V 3 串联而组成，它们各自的容积分别为0．22、0．32 和0．32 升，分别代表升结肠、横结肠和降结肠的生理位置。根据人体肠道不同解剖位置的实际生理特点，三个罐的pH 分别控制在5．5、6．2 和6．8，整体温度控制在37 ℃。每个发酵瓶都用磁力搅拌器以一定速度进行搅拌以混匀培养基，同时充入无氧氮气，以维持发酵瓶的厌氧环境。如图 1 所示，培养基从培养瓶依次流入V1，再从V1 流入V2，V2 流入V3，最后从V3 流入废液罐中。其营养物质的流向和人体结肠中营养物质的流同。连续培养模型目前广泛应用在肠道细菌的生理、生化研究 1．3 人类肠道微生态模拟器由于三相连续发酵模型仅仅模拟了人体结肠部位的肠道微生物小肠的微生物。1993 年MOLLY 等设计了一个五相反应器，命名为人类肠道微生态模拟器。该模拟系统被认为能够全方位，更好的的模拟人体肠道内的微环境。如图 2 所示，该系统温度仍然保持在37 ℃。其中Vessel l 模拟的是胃环境，反应体积是0．2 L，保留时间为 2 h，pH 控制在2．0 ～2．5。1．3 人类肠道微生态模拟器由于三相连续发酵模型仅仅模拟了人体结肠部位的肠道微生物生态过程，没有涉及胃和 Vessel 2 系统模拟小肠部位，反应体积为0．3 L，保留时间为6 h，pH 控制在5．0 ～6．0。Vessel 3、Vessel 4、Vessel 5 三相反应系统模拟升结肠、横结肠、降结肠部位，反应体积分别是．7、1．3、
微生物在医药领域的应用 ——微生物发酵在中药中的应用 林学院环境工程2011级1班吴睆娉 20110028 摘要：中药是中华民族的瑰宝，几千年来中医药为我国人民的健康做出了巨大的贡献，形成了系统的中医药理论和大量经实践检验的成药验方。中药作为天然药物正逐步引起世界的关注。微生物个体微小，却与人类生活关系密切。微生物利用涉及健康、食品、医药、工农业、环保等诸多领域，而在中药领域更是占据了重要。 关键词：微生物中药发酵技术发酵中药 中药行业是我国具有比较优势的少数几个产业之一，在自然科学领域，我国最有实力、最有优势、最有后劲的就是中医药。它是中华民族的瑰宝，也是世界传统医学中重要的组成部分，在预防和治疗疾病方面发挥着重要的作用。 微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物，包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物、显微藻类等在内的一大类生物群体，它个体微小，却与人类生活关系密切。微生物学是生命科学中发展较快的学科之一，在生命科学中地位越来越重要，因此成为了各门学科都离不开的重要工具。 微生物学理论促进了微生物相关中药的发展 对传统微生物中药的生物学研究加深了传统微生物中药的应用和产品开发，特别是多种中药微生物纯培养物代替原药材的研究尤其引人注目，对满足人民群众用药需求起到了十分巨大的作用。以金水宝为代表的从冬虫夏草中分离的真菌纯培养物代替冬虫夏草的研究取得了巨大的经济和社会效益, 掀起了以蝙蝠蛾拟青霉、蝙蝠蛾多毛孢、蛹虫草等虫生真菌的研究热潮。对一些微生物和植物相互作用形成的中药也有了更深入的认识。对天麻、茯苓等中药的生物学研究促进了这些中药品种栽培技术的发展。 微生物相关中药活性成分的研究为这些中药的质量标准化起到了重要的作用，也加深了对这些中药药理作用的认识。药理学研究促进了传统微生物中药在治疗现代社会的高发病如癌症、心脑血管疾病、病毒性疾病中的应用。多数微生物中药都具有滋补保健的效果，如灵芝、冬虫夏草成为保健食品开发的热点。大多数药用真菌都含有真菌多糖, 真菌多糖能增强免疫力、没有直接的细胞毒作用，成为抗癌、抗病毒产品开发热点。 微生物发酵在中药中的应用 微生物发酵制药是指利用微生物技术，通过高度工程化的新型综合技术，以利用微生物反应过程为基础，依赖于微生物机体在反应器内的生长繁殖及代谢过程来合成一定产物，通过分离纯化进行提取精制，并最终制剂成型来实现药物产品的生产。中药发酵制药技术是在继承中药炮制学发酵法的基础上，吸取了微生态学研究成果，结合现代生物工程的发酵技术而形成的高科技中药制药新技术，是从中药(天然药物) 制药方面寻找药物的新疗法。 古代中药发酵技术应用历史与现状 我国人民远在 4000 多年前就学会利用发酵来酿酒，此后又相继利用发酵来生产酱、醋、豆豉和臭豆腐等食品。《本草经疏》曰：“古人用曲，即造酒之曲，其气味甘温，性专消导，行脾胃滞气，散脏腑风冷。说明中药临床应用之曲是在酿酒业发展的基础上出现的。后来人们在
微生物对污染物的降解和转化 ?有机污染物生物净化（天然物质、人工合成物质） ?无机污染物生物净化 第一节有机污染物的生物净化机理 ?净化本质——微生物转化有机物为无机物 ?依靠——好氧分解与厌氧分解 一、好氧分解 ?细菌是其中的主力军 ?原理：好氧有机物呼吸 ? C → CO2 + 碳酸盐和重碳酸盐 ? H → H2O ? N → NH3→ HNO2→ HNO3 ? S → H2SO4 ? P → H3PO4 ?二、厌氧分解?厌氧细菌 ?原理：发酵、厌氧无机盐呼吸C → RCOOH（有机酸）→CH4 + CO2 ?N → RCHNH2COOH → NH3（臭味） + 有机酸（臭味） ?S → H2S（臭味） ?P → PO 3- 4 ?水体自净的天然过程中 厌氧分解（开始）→好氧分解（后续）第二节各类有机污染物的转化 一、碳源污染物的转化
?包括糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化合物等。 1．纤维素的转化 ?β葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含1400~10000个葡萄糖基（β1-4糖苷键）。 ?来源：棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾等，其中均含有大量纤维素。 A．微生物分解途径 B．分解纤维素的微生物 ?好氧细菌——粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌 ?厌氧细菌——产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。?放线菌——链霉菌属。 ?真菌——青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。 ?需要时可以向有菌种库的研究机构购买或自行筛选。 2．半纤维素的转化 ?存在于植物细胞壁的杂多糖。造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。 ?分解过程 ?分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素。 ?许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维素。霉菌有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。 3．木质素的转化自然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢？?确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌，疑似的有软腐菌。 黄孢原平毛革菌(Phanerochaete chrysosprium)是白腐真菌的一种，隶属于担子菌纲、同担子菌亚纲、非褶菌目、丝核菌科。 白腐—树皮上木质素被该菌分解后漏出白色的纤维素部分。*木质素降解的意义何在呢？（二）油脂的转化
中国血液净化2019年9月第18卷第9期Chin J Blood Purif,September,2019,Vol.18,No.9 ·综述· 肠道微生物菌群与慢性肾脏病的研究进展 王小琪1李忠心1 中图分类号：R692.5文献标识码：A doi:10.3969/j.issn.1671-4091.2019.09.017 肠道微生物群与宿主一直互利共存的，并在宿主的新陈代谢中扮演着重要角色。正常肠道微生物群以营养、代谢、生理和免疫功能等多方面影响着人体健康，而肠道微生物群菌群失调参与多种疾病的发生发展，如肥胖、2型糖尿病、炎症性肠病、心血管疾病等。目前越来越多的证据表明，肠道菌群失调参与了导致慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)的进展以及并发症的发生，而补充益生菌可能对CKD 患者具有潜在的收益，本文就肠道微生物菌群与CKD 的关系，综述如下。1肠道微生物群人类的肠道具有极为复杂的生态环境，栖息着大约30属500多种细菌，超过1013的微生物细胞构成了肠道微生物群，即肠道菌群。通常成人的肠道中存在2种优势菌群，厚壁菌门和拟杆菌；其他的一些放线菌、变形菌则占较少的比例[1]。每种细菌在肠壁的特定位置定植，不同的细菌沿着肠道有不同的分布。肠道菌群的功能多样，甚至可以被认为是一个具有代谢活性的内生“器官”，在疾病的诊断、治疗和预防等诸多方面具有重要作用。1.1参与宿主代谢及免疫调控生理状态下，肠道菌群参与了那些宿主不能独立完成的代谢活动，如代谢不易消化的植物多糖，合成特定的维生素，转化结合胆汁酸，降解草酸盐等[2]。更为重要的是，肠道菌群促进了免疫系统的发展与成熟，并降低了食物和环境抗体诱发的过敏反应[3]。机体处于应激状态时去甲肾上腺素的释放会使致病性革兰氏阴性细菌的数量和种类增加。1.2构建肠道上皮屏障肠上皮细胞是指位于固有层表面的单层柱状上皮细胞，位于肠腔与固有层间，这些柱状上皮通过紧密连接结合在一起，构成肠道上皮屏障，对抗体和病原体的转移具有隔离作用。在良好的健康状况下，肠道屏障非常有效，肠腔内的一侧被肠道细菌大量繁殖，而基底外侧则保持无菌状态。共生的肠道微生物通过多种机制维持肠道功能的完整性，包括①恢复并维持紧密连接的蛋白结构；②诱导上皮细胞的热休克蛋白；③与致病菌竞争结合肠道上皮细胞；④分泌抗菌肽[4]。另一方面，肠道菌群通过降低肠道内炎症反应来维持肠上皮屏障。TOLL 样受体(Toll-like receptor,TLR)由模式识别受体家族组成，用于识别微生物的保守分子产物。肠道菌群通过细胞壁脂质酸激活TLR2来抑制肠道炎症，有效保 护了紧密连接，从而强化了肠道屏障[5]。 2CKD 与肠道菌群 最近，人们已经证明CKD 的发生及发展与肠道微生物菌群失调有关，肠道微生物群和肾脏疾病可以相互影响，互为因果，微生物菌群失调会增加肾脏疾病的易感性，并加重肾脏疾病的进展；而肾功能恶化也会加剧肠道菌群失调。 2.1肠道微生物菌群失调 由于肠道微生物群可以很好地适应生物环境的 变化，因此早期CKD 的患者中就可以观察到肠道细 菌的定量和定性发生变化。在早期CKD 患者体内，小肠中的需氧菌和厌氧菌较正常人有所增加，而结肠内的变形菌、放线菌和厚壁菌属也有增加。在终末期肾病(end-stage renal disease，ESRD)患者中，十二指肠和空场的需氧菌和厌氧菌较正常人群均有明显升高，而乳杆菌和普雷沃氏菌的数量则明显减少。在透析人群的研究中发现，虽然在细菌总 数上血液透析患者与普通人并无明显差异，但血液 透析患者体内的需氧菌约为正常人的100倍，肠杆菌属、肠球菌属等明显增多；厌氧菌方面，血液透析患者体内的双歧杆菌含量明显下降，产气荚膜杆菌 基金项目：潞河医院中心实验平台建设研究(KJ2019CX001-09) 作者单位：101199北京，1首都医科大学附属北京潞河医院肾病中心 通讯作者:李忠心101199北京，1首都医科大学附属北京潞河医院肾病中心Email：lymtics0327@https://www.doczj.com/doc/fa16156063.html, ?? 646