丁酸梭菌C. beijerinckii R8通过调控肠道菌群降低犊牛腹泻并促进生长的剂量效应研究

《Journal of Dairy Science》：Effects of Clostridium beijerinckii-based direct-fed supplementation on growth performance, diarrhea frequency, plasma metabolites, and fecal microbiota of dairy calves

本研究针对犊牛腹泻高发导致的动物福利和经济效益问题，探讨了产丁酸益生菌Clostridium beijerinckii R8的干预策略。通过4个剂量组（0、1×109、1×1010、1×1011 cfu/d）的随机对照试验，发现1×1010 cfu/d剂量可最优降低腹泻频率（OR=0.36），改善生长性能（ADG 0.88 kg/d）和饲料转化率（FCR 1.30），并调控血浆代谢物（TC、BUN线性降低）和肠道菌群（Escherichia-Shigella二次下降）。该研究为替代抗生素、改善犊牛健康提供了精准剂量方案。

　　

犊牛腹泻是奶牛养殖中困扰从业者的重要问题，不仅严重影响犊牛存活率和生长发育，还会导致长远的经济损失。据统计，犊牛在60日龄前的死亡率可达5%-11%，其中半数以上由腹泻直接导致。腹泻的主要病原包括产肠毒素大肠杆菌（Escherichia coli）、沙门氏菌（Salmonella）、轮状病毒、冠状病毒以及隐孢子虫（Cryptosporidium parvum）等。传统的抗生素防治策略因耐药性问题日益受限，因此寻找安全有效的替代方案成为研究热点。

在此背景下，益生菌干预因其调节肠道微生态的能力备受关注。其中，产丁酸（butyrate）的菌株尤为引人注目，因为丁酸作为短链脂肪酸（SCFAs）的关键成员，能够为肠上皮细胞供能、增强肠道屏障功能、抑制病原菌生长并调节免疫反应。本研究团队前期从81株候选菌中筛选出一株高产丁酸的Clostridium beijerinckii R8（其16S rRNA序列已保存于GenBank，登录号OP550424.1），并在羔羊中验证了其抗腹泻效果。然而，该菌株在犊牛中的应用潜力及最佳剂量尚未明确。

为了回答这一问题，研究人员在《Journal of Dairy Science》上发表了一项随机对照试验。该研究将60头新生雌性荷斯坦犊牛按出生体重分组，分别每日补充0、1×10⁹、1×10¹⁰和1×10¹¹ cfu的C. beijerinckii R8菌剂，持续56天。通过监测腹泻频率、生长性能、血浆生化指标和粪便微生物组成，系统评估了该益生菌的剂量效应。

研究主要采用了以下关键技术方法：基于随机区组设计的分组干预；每日粪便评分（5分制）以评估腹泻；体重、体尺和采食量记录以计算平均日增重（ADG）和饲料转化率（FCR）；血浆样本通过全自动生化分析仪检测代谢物（如TC、BUN、INS）、免疫球蛋白（IgG、IgM）和抗氧化指标（T-AOC、SOD、CAT）；粪便微生物DNA提取后对16S rRNA基因V3–V4区进行Illumina MiSeq测序，并使用QIIME 2和R软件进行α/β多样性及菌属差异分析。

研究结果揭示了一系列有趣的发现：

Effects of Supplementation with C. Beijerinckii on Diarrhea Frequency of Calves

腹泻发生率和持续时间均呈现显著的剂量效应。与对照组相比，1×10¹⁰ cfu/d组腹泻发生概率最低（OR=0.36），持续时间最短（0.87天/头），且频率显著降低（1.55%）。高于或低于该剂量效果均减弱，表明其抗腹泻作用具有最优剂量窗口。

Effects of Supplementation with C. beijerinckii on Feed intake and Growth Performance of Calves

生长性能指标呈二次曲线响应。1×10¹⁰ cfu/d组犊牛体重（63.0 kg）、ADG（0.88 kg/d）、采食量（DMI, 1.12 kg/d）和体斜长、尻宽均最高，饲料转化率（FCR, 1.30）最优。表明该剂量不仅能促进生长，还能提升饲料利用效率。

Effects of Supplementation with C. beijerinckii on Plasma Variables of Calves

血浆代谢物显示线性与非线性变化。总胆固醇（TC）、高密度脂蛋白（HDL）、血尿素氮（BUN）和胰岛素（INS）随剂量增加线性下降；而28日龄时免疫球蛋白（IgG、IgM）和抗氧化能力（T-AOC、SOD、CAT）线性上升，丙二醛（MDA）线性下降。表明益生菌调控了脂质代谢、蛋白质利用和氧化应激状态。

Effects of Supplementation with C. beijerinckii on Fecal Microbiota of Calves

肠道菌群呈现剂量和时间依赖性变化。28日龄时，Lachnoclostridium和Collinsella线性减少，Eubacterium_coprostanoligenes_group和Escherichia-Shigella二次下降，最低点均出现在1×10¹⁰ cfu/d组；56日龄时，Lachnospiraceae_NK4A136_group和Intestinimonas线性增加，Bifidobacterium和Lactobacillus呈二次响应。相关性分析进一步揭示这些菌群变化与生长、免疫和抗氧化指标显著相关。

综上所述，本研究通过多维度指标验证了Clostridium beijerinckii R8作为益生菌的应用价值。结论表明，每日补充1×10¹⁰ cfu剂量能最优降低犊牛腹泻、增强生长性能并改善肠道健康，其作用机制与调控微生物群落、增强免疫和抗氧化功能密切相关。该研究不仅为犊牛健康管理提供了精准的益生菌干预策略，也为减少养殖中抗生素依赖、提升动物福利和经济效益提供了科学依据。未来研究可进一步解析C. beijerinckii R8代谢产物（如丁酸）与宿主互作的分子机制，并探索其在其他经济动物中的应用潜力。