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禽致病性大肠杆菌（APEC）威胁家禽生产和人类健康，低聚木糖（XOS）或可抑制它，但单聚合度（DP）影响未知。研究人员用体外发酵模型探究，发现 XOS 及其单体可改善肠道菌群和代谢物，木三糖抑制 APEC 效果最佳，为 XOS 合理应用提供依据。
在现代家禽养殖产业中，禽致病性大肠杆菌（APEC）就像一个隐藏在暗处的 “杀手”，时刻威胁着家禽的健康。它不仅会引发家禽患上大肠杆菌病，给家禽生产带来巨大的经济损失，还可能通过家禽将耐药质粒和毒力因子传播给其他致病微生物，进而危害人类健康。更让人担忧的是，APEC 与某些感染人类的致病性大肠杆菌在基因上有相似之处，存在潜在的人畜共患风险。
随着抗生素的大量使用，细菌的耐药性问题日益严重，抗生素残留也成为食品安全的一大隐患。因此，寻找可持续的对抗 APEC 的方法迫在眉睫。低聚木糖（XOS）作为一种益生元，从广泛存在于植物细胞壁的木聚糖中大量生产，成本较低，在动物生产中应用潜力巨大。已有研究表明，XOS 可能对抑制肠道 APEC 感染有一定作用，但不同聚合度（DP）的 XOS 单体，如木二糖、木三糖和木四糖，在对抗 APEC 方面的效果究竟如何，目前还不清楚。
为了解开这些谜团，华南农业大学的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们利用体外发酵模型，模拟鸡肠道环境，研究 XOS 及其主要单体对受 APEC 挑战的鸡肠道微生物组成和代谢物谱的影响，并进一步探究发酵代谢物对 APEC 毒力的作用。研究结果显示，XOS 及其主要单体都能改善肠道微生物结构，丰富有益细菌，如厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidota）、乳酸杆菌属（Lactobacillus）等，还能提高短链脂肪酸（SCFA）等代谢物的产量，从而抑制 APEC 的生长，减少有害细菌的数量。其中，木三糖在抑制 APEC 生长和毒力方面效果最为显著。这一研究成果发表在《BMC Microbiology》杂志上，为 XOS 在鸡饲料中的合理应用提供了重要依据，有望助力家禽养殖业对抗 APEC 的威胁。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先，从 7 日龄黄羽肉鸡的盲肠中采集内容物，制备发酵种子液；接着，构建体外厌氧发酵模型，设置 7 个实验组，分别添加不同物质进行发酵；然后，采用 16S rRNA 测序分析肠道微生物群；通过气相色谱法测定发酵上清液中的短链脂肪酸；运用代谢组学技术分析发酵上清液中的代谢物；最后，利用定量实时 PCR 检测 APEC 的基因表达。
下面来详细看看研究结果：
- XOS 不同 DP 对肠道微生物群多样性的影响：通过计算 Pielou 均匀度指数、Chao 1 指数等，发现单独添加 XOS 或 APEC 挑战都会降低肠道微生物群的 α - 多样性，但在 APEC 挑战下，XOS 及其单体处理可增加微生物均匀度和 α - 多样性，其中木四糖效果最差。β - 多样性分析表明，木四糖处理的肠道微生物群结构与其他处理存在相对分离。
- XOS 不同 DP 对肠道微生物群分布的影响：APEC 挑战使变形菌门（Proteobacteria）和埃希氏菌 - 志贺氏菌属（Escherichia - Shigella）的丰度增加，而厚壁菌门和拟杆菌门等有益菌的丰度减少。XOS 及其单体处理则增加了厚壁菌门、拟杆菌门和一些益生菌的丰度，降低了变形菌门和埃希氏菌 - 志贺氏菌属的丰度，不过木四糖在减少埃希氏菌 - 志贺氏菌属方面效果较弱。
- 不同组中富集的核心功能细菌：线性判别分析（LDA）结合效应大小测量（LEfSe）分析显示，对照组富集了厚壁菌门等典型共生微生物；APEC 组则富集了变形菌门等源于 APEC 接种的细菌；XOS 组富集了厚壁菌门、芽孢杆菌纲（Bacilli）等有益细菌；木四糖组富集了拟杆菌门及其相关成员。
- 肠道微生物群发酵上清液中 SCFA 的动态变化：在发酵过程中，APEC 挑战会降低丁酸水平，而 XOS 及其单体处理可提高乙酸、丙酸和丁酸等的水平，木三糖和木四糖分别在 24 小时和 36 小时增加乙酸和丙酸水平的效果最佳。
- 不同组肠道微生物群发酵上清液的代谢组学分析：代谢组学分析表明，APEC 挑战下调了泛酸和辅酶 A 生物合成、芳香族氨基酸生物合成等代谢途径；XOS 处理则上调了组氨酸代谢途径，而木四糖处理在调节这些途径方面效果不如 XOS。
- 不同组发酵上清液对 APEC 基因表达的影响：发酵上清液对 APEC 的生存和毒力相关基因表达有不同影响。例如，木二糖和木三糖发酵上清液可降低 APEC 的某些黏附相关基因（如 fimH 和 csgD）的表达，木四糖发酵上清液可降低 ompR 基因的表达，表明木三糖在抑制 APEC 毒力方面更具优势。
综合研究结果和讨论部分，XOS 及其主要单体确实能通过调节肠道微生物群和代谢物谱来对抗 APEC 挑战。木三糖在抑制 APEC 生长和毒力方面表现最为出色，这一发现突出了单聚合度在影响 XOS 抗 APEC 益生作用中的重要性。研究结果为在鸡饲料中合理添加 XOS 提供了有力的理论支持，有助于推动家禽养殖业采用更绿色、可持续的方法来防控 APEC 感染，保障家禽健康和食品安全。
