腸內細菌與生菌製劑(上)
一、前言
21世紀可以說是生物科學及生命科學之世紀。現今,微生物同於動物及植物,為很重要存在之地球生物之同僚。在人畜之主要感染性疾患之病因,因有微生物參與原故,自古微生物就稱呼黴菌,多半作不良玉處理,但某種微生物,卻應用於造酒或啤酒、豆醬及醬酒,以人類最早馴飼之生物存在,均為良玉。尤其在20世紀,製作青黴素等之微生物,大貢獻於近代科學或醫療。且最近,利用腸內異常增殖,會引起腸感染症之大腸菌,作出分子生物學,分子遺傳學,以及生菌劑學之基礎,對近代科學之進步,有輝煌之業績。且隨微生物之分類學研究或系統之保存,以及實驗技術,大量培養技術之進步,亦增進各種疾病之解明,賴新又多彩之篩選技術,生化學之研究,亦達花開時代。
據北里研究所於世界主要文獻,所報告之微生物由來之藥理活性物質發現件數之調查,自1970年代前後,逐漸少數出現之非抗生素報告,1980年起急增,在1990年599件中,非抗生素佔有309件,超過半數。不僅調查抗菌活性,亦調查抗腫瘍活性或免疫之抑制或賦活作用,對血壓或賀爾蒙分泌之作用,ibernmectin 樣之驅蟲作用等各種生理活性,藥用物質探索之比重,為自有效於細菌之狹義的抗生素至對很多藥理活性物質之探索及移轉(shift)。
對於腸內細菌,亦自其生態及代謝面,在進行所謂其酵素活性之糖質、蛋白質、脂質之代謝,生理活性物質之生成,肝汁酸之分解能,解毒作用之物質變換成營養素之補給,內分泌機能或生體防禦因子扮演之角色,對消化器病或癌之預防,治療機構之解明,對免疫機能之參與,遺傳子重組技術應用等廣靶之研究。
二、家畜、家禽之感染症對策及因疾病之損失
日本之畜產市場,是隨著大型化,集約化,過密化,而環境惡化。
家畜,家禽之疾病發生,因單一病原微生物引起之急性疾病亦變少,反而以惡性之慢性疾病或病原體+α所引起之日和見感染症(自發生感染症)成為問題。這些疾病以環境之惡化或緊迫等為其導火線居多。
即使因環境惡劣,罹患之疾病,仍需設法治療,此故,要走出很大之代價。但現今不止於此代價,所治療之藥劑,會滯留畜水產食品,增加耐性菌,降低所投與之家畜或家禽之生體防禦機能,就是所謂二次性公害,成為大問題。
亦即儘量不使用抗生素或抗菌劑之感染對策為:
(1)未完全殺滅病原微生物前,設法減少生體內之感染機會或感染量(置重點於清掃、消毒等之環境衛生)。
(2)如何提高生體側之防禦機能(適確投與營養、疫苗、免疫賦活劑、生菌製劑)。
留意此兩種方法很重要,這是感染症對策之原點。提昇消費者之安全及健康意向中,必須根本改換從未強依賴抗生素或抗菌劑之管理技術時期,已未到。
另,疾病之發生,給與生產者之損失,有感染家畜之斃死率,罹患率,病畜之淘汰,工資,獸醫師之診療或生產性損失之費用,繁殖問題及病畜之更新等,據FAO之推測,每年世界中至少有5%之牛,10%之綿羊、山羊及15%之豬,因疾病死亡,這些損失每年達10億美元,又據英國農業部之調查,僅牛之斃死及罹病,其損失就相當於日本國內總生產量之15%。
即使美國,畜產總所得之14~20%,為因疾病或寄生蟲感染之損失。在Animal pharn(PJB publications Ltd),亦有記載因動物之疾病,引起肉、牛乳及蛋之推定損失量,在全世界推定有15,000萬噸。此損失可兩區分成先進國及發展途上國,先進國有10,768噸萬噸,發展途上國有4,553萬噸。先進國是在高密飼之劣環境下,應用有用之動物用醫藥品或飼料添加物。
此推定損失,因沒有記載疾病之細分,內詳不明,但例如日本之家畜死助之牛病傷事故件數(1990年度),總計2,640,474件之細分為,泌尿生殖器及乳房疾患有1,041,375(39.4%),其次,消化器病有627,850件(23.8%),呼吸器病有318,321件(12.1%)。
幼齡時期之健康管理,支配此家畜,家禽之一生,成牛之主疾病之泌尿生殖器及乳房疾患除外,消化器病及呼吸器病,為緊急之課題。
本次將以此消化器病為中心,在如何提高前述之感染對策之(2)所示之生體側的防禦機能中,利用可保證安全性,及可期待同等於抗生素或抗菌劑效果或此以上之各種有用細菌之生菌製劑,加於檢討。
三、腸內細菌及生菌製劑
在家畜、家禽之腸管內,出生後不久,形成一定之細菌叢,1公克糞便之細菌數,亦有達數千億。此中可大別分成會產芽胞(有芽胞菌)及不產芽胞(無芽胞菌),再者其生有Gram染色陽性及陰性,桿菌及球菌,好氣性及嫌氣性,持有病原性之菌及非病原性菌,約100種以上之細菌。
這些腸內細菌叢,是依動物之種類或個體及年齡,顯示各別特有之平衡。亦依其所置之環境或系統,各種緊迫,會起變化,且確認對外來侵入之菌,顯示拮抗作用,確知腸內細菌與人類或動物之健康及疾病,有極深切關係。
1886年,澳洲之小兒科醫師Escherich,發現大腸菌,1899年,巴斯德研究所之Tissier,自母乳營養皂之糞便,發現Bifidus菌以來,約經一世紀,在此一世紀之長久歲月中,開始腸內菌叢之分類學或生態學之研究,為1960年之事。再者,解明生命構造之基礎研究的第一步,為自此年代踏出第一步,並不過言。
回過頭來看,沒有像日本這樣,議論基礎研究之重要性之國家。這是因日本有白利用歐美之基礎研究之國際批判。但在此腸內菌叢之基礎研究分野,日本之光岡氏,自1953年當時參加後,舉出各種業積,此後有很多學者繼之,在日本之腸內菌叢之研究,為走在世界最先端之現狀。
今後重要課題之一為,在人類或家畜、家禽,以及狗、貓、養殖魚之分野,進行更有用之微生物探索,擴大其應用範圍。
像這樣賴改善"宿主之腸內細菌叢之平衡,對宿之可帶來有益作用之微生物"在使用生菌製劑(Probiotie)之用語。
生菌劑之用語,為1960年波特蘭之俄勒岡醫學校之微生物教授Richard parker,對會奪取微生物生命之抗生素物質(Antibioties),開始取名有保護生命作用之有用物質(protect of Biotics=probioties)1965年,Lilly及Stillwell,以意味生物間之共生關係(probiosis)之生態學用語,最初使用此用語,總之,現今使用生菌劑作其總稱。
使用這種生菌劑,積極提高家畜或家禽之生產性試驗,正式進行是在1960年代,1965年Redmond及Moore,以lactobacillus acidophilus之混合乳,給與子豬時,1豬舍之腸炎發生逐漸減少,在此子豬之腸內,發現lactobacillus aciclophilus以優勢菌存在,1968年King對122頭子豬,以L.acidophilus製劑,各投與2g或4g,經5日間時,據報可顯著改善飼料效率及體重增加。在這種試驗報告可散見中,1969年光岡氏提倡,腸內菌叢之平衡,可左右宿主之健康及病態之假說。亦即,腸內有用菌為維持健康,作用於維生素蛋白質合成,補助消化、吸收、防止外來病原菌之增殖,免疫賦活作用等,維持宿主之健康,另,腸內有害菌參與腸內腐敗,致癌物質之產生,毒素產生等,其結果,會引起宿主下痢、便泌、發育障礙、肝臟障礙、肝性民腫,抵抗性減退,自又免疫病,癌,高血壓。且在腸內細菌之中,亦有病原性菌,依減退宿主之抵抗性要因,亦即緊迫,抗生素或免疫抑制劑及crotisol投與,照到放射線,大手術時,會發揮病原性,而引起下痢、胃腸炎、菌交代症之各種感染症。
實際上,家畜、家禽之情形,自外部受緊迫時,例如子牛或幼豬離乳時之飼料改變,其他高溫、低溫等之氣象條件,密飼,換氣不良之飼育環境,營養素之缺損,微生物污染,抗生素或抗菌劑之投與,引起腸內菌叢變動等成原因,會增加有害菌,阻礙順調之發育之情形,亦有很多。針對此,在進行很多賴生菌劑之投與,抑制有害菌增殖,常維持正常之腸內菌叢平衡,可期待增加體重或增大飼料效率,預防下痢,治療效果之試驗。
1970年,Hill氏對呈下痢症狀之離乳期子豬,給與以L.acidophilus培養之人工乳,據報可減少小腸內之胺生成及減輕下痢期間及症狀,再者,真田氏及新井氏,在1971年,添加clostridium butyrium miyairi於子豬飼料時,發現本劑投與區均輕症,無再發,有發育促進效果,但對照區卻重症,治癒遲延,在試驗期間中有再發。
又Mitchell及Kenworthy,在1976年,於L.bulgnricus之培養上清液,發現抗大腸菌活性,在此培養液中,發現中和大腸菌之腸毒素(enterotoxin)之物質,此培養液投與以病原性大腸菌人工感染之子豬時,據報獲得增體率,生存率,至致死之日數,均有良好之結果。1977年,Muralidhara以人類由來之L. lactis製劑,自出生直後投與哺乳豬時,發現大腸菌顯著減少,即使自中止投與,繼續大腸菌之增殖抑制,投與菌定著於腸管組織。又Beecham氏以L. acidophilus投與子牛,確認可減少下痢發生。同年,星野氏以Bacillus cerens之無毒性株(B. cereus toyoi)之胞子製劑投與牛及豬,據報,有發育促進及預防治療下痢之效果,在翌年1978年,建木氏以所謂有胞子性乳酸生成菌之Bacillus coagul lans製劑,投與子牛及子豬,改善相對增體率及飼料要求率,並有預防下痢之效果。繼之,在1979年,Bruce氏以L. acidophilus投與子牛,確認可減少腸內大腸菌,同年,田中氏以動物由來菌之Bifidobacterium thermophilum製劑,對哺乳豬之下痢有著效。在1982年,Moen, 1985年Gnaltieri及Betty氏,以S. faecium投與哺乳豬,確認抑制下痢及降低斃死率,黑岩及矢口氏(1982年)及東條氏(1985年),亦以C. butyvium製劑(C. butyricum miyairi)投與乳用子牛,據報,有減少下痢發生及促進發育效果。又,在1983年,木村氏以豬由來之B. thermophilum及狗由來之B. psevdolongum之混合製劑,混入代用乳,投與乳用雄子牛,據報,亦可減少下痢發生,且即使發生亦輕症,在1984年,矢尾氏及鈴木氏,以B. pseudolongum製劑,確認有治療哺乳豬及乳用雄子牛之單純性下痢之效果,Burgstall氏利用S. faecium,Wren氏(1987年)以L. acidophilus及其他乳酸菌之混合製劑,投與子牛,有增體及改善飼料效率之效果,並大幅改善疾病率。再者,Tox氏在1988年,以S. faecium投與豬,發現可大幅減少下痢之發生率及斃死率,並顯著減少乳房炎,無乳症,子宮肌層炎等之疾病,同年,藤田氏以Bacillus Subfilis製劑投與子豬,據報,對育成率,增體指數及下痢發生狀況,均有效果,且在1990年,Schumm、Pohl、Willeke3人,在某種豬場,對長年成問題之離乳後的白痢對策,利用生菌劑之Suiferm(E.faecium)製劑,亦減少下痢之發生,顯著改善下痢之持續期間。
以上係列舉對子牛及子豬,有增體效果及飼料效率改善及下痢效果的很多研究者之報告,此中,亦有增加乳量之報告。這是在1988年,Jaquette氏或Ware氏,以L. acidophilus給與乳牛,發現1日增加0.8~1.8kg之乳量。
在雞之情形,1970年松氏,1973年Tortnero,1978年Dilworth及Day或Couch及Francis氏,1979年木村,1980年Da Massa,1988年Fox 以 L.acidophilus,再以B. sublilis或B.coagulans等之菌種,投與產蛋雞或肉雞,據報有增體效果及飼料效率改善效果。又,鈴木氏於1982年,在高溫緊迫條件下飼育雞,調查對腸內菌叢及發育,飼料效率之影響,並檢討生菌劑投與對緊迫時之效果,其結果,據報在投與雞由來之L. acidophilus及L. salirarius混合液群,可改善因緊迫引起之發育遲延,且投與雞由來之B. pseudolougum及B. thermophilum之混合劑(凍結乾燥菌體)群,有改善飼料效率及腸內菌叢之效果。
在1990年,北卡羅來納大學之Jones,添加生菌劑於肉雞之初期飼料,飼育至42日齡,此間使感染S. typhionurium,結果發現,投與生菌製劑群之成績良好,且減少死亡率,在敷料之濕度高之場合,可見減少沙門氏菌之效果。且同1990年,俄亥俄大學之Owings氏,把肉雞飼料成分S. faeciumM74之單獨添加群,僅抗菌製劑群及抗菌製劑與S. faecium之混合群等6種試驗飼料,實施計4次之反覆試驗。結果,據報,飼料效率以S. faecium之單獨基礎飼料側,較優於抗菌製劑或抗菌製劑+S. faecium混合群。且44日齡之肉雞體重,亦以S. faecium單獨基礎飼料明然較重。集中注目於打破從來之想法,添加抗生素或抗菌劑可大期待促進成長效果之試驗。
又,狗之情形為,1975年鷹取氏,1976年小暮氏,1988年秋永氏,使用Bifidns菌製劑,治療狗之單純性下痢,確認有效果。
有養殖魚亦有增體效果,東亞藥品工業以乳酸菌及酵素配合之養魚用飼料「Toorlase」,輸出韓國,且計劃擴大東南亞之銷路,今後此養殖魚市場,亦是可大可期待之分野。
又對腸內有用菌之一的Bifidobacferium之生育,亦在研究必要之各種糖,亦即,乳糖,lacturose, fructooligo,轉移galactooligo糖,棉實糖(raffinose),大豆寡醣,異麥芽寡醣,β─葡萄寡醣芽,由於居有Bifidus菌之增殖作用,現今在試驗添加乳寡醣或葡萄寡醣於飼料,期可提高家畜,家禽之增體效果或飼料效率,再者亦在實施沙門氏菌之抑制效果試驗(1990,1991年牧田)。
又在1991年之春季,報導美國取得果寡醣,可作沙門氏菌之生育阻礙劑之許可,其作用機序可能是投與生體內之果寡糖,窺知可增殖腸內之Bifidobacterium等之有用細菌,可拮抗、排除病原微生物之沙門氏菌。
表1. 日本之家畜、家禽所應用之生菌劑製品一例
商品名 | 製造廠商 | 使用菌種 | 對象 |
ALL─LAC電化 | Alltech Inc. USA 輸入、三井物產、出售、電化製藥 |
L. acidophilus E. faecium |
牛、豬、雞 |
YEA─SACC | Alltech Inc. USA (輸入出售)三井物產 |
Sacc, cererisie | 牛 |
elacto | 藤澤藥品工業 | L. acidophilus Sacc, cererisie S. faecium |
豬 |
Deodraz 100 | Byer (合作)Alltech Inc |
L. acidophilus | 牛、豬、雞 |
Calluspolin | Carupis食品 | B. subtilis | 豬 |
Glogen | axy | B. subtilis"natto" | 牛、豬、雞 |
Cololak D | 口清製粉(出售)協和醱酵工業 | Bifi pseudolongum | 牛、豬、狗 |
Toyo serin | 旭化成 | B. cereus(B.toyoi) | 牛、豬 |
Natokin L | 三鷹製藥 | E.faecalis E. subtilis"natto" |
牛、馬、豬 豬、貓、雞 |
Balantol | cokin化學 | E. faecalis | 牛、豬、雞 |
Bakba | 科學飼料研究所 (出售)全國農業協同組合連合會 |
B. coagulans C. butyrcium Miyairi |
牛、豬 |
Biolin | 日本配合飼料 | B. subtilis | 牛、豬、雞 |
Bioferumin | Bioferumin製藥 (出售)武田藥品工業 |
E. faecalis L. acidophilus |
豬 |
Biofkree | 東亞藥品工業 | E. faecalis T-110 B. mesenterieus To-A C. butyricum To-A |
牛、馬、豬 雞、狗、貓
|
Flolak | 三A糖化 | L. acidophilus 牛肉 | 牛 |
Flolak P | 三A糖化 | L. acidophilus豬肉 | 豬 |
Bobactin | Miyarisan | L. plantarum 220 E. faecium 26 C. butyricum Miyairi |
牛 |
Mizatop | Miyarisan | C. butyricum Miyairi 乾燥酵母 |
牛、豬 |
Mitak胃腸藥 | 三鷹製藥 | E. faecalis 乾燥酵母 |
牛、馬、豬、 綿山羊、狗貓 |
lactofeed | Gen, corporation | L. acidophilus Bifi, thermophilum Bifi, pseudolongum |
牛、豬、雞 |
lacris | 三光 | B. coagulaus | 豬 |
* L. =lactobacillus, B. =Bacillus, E. =Enterococins, Bifi. =Bifidobacterium, C. =Clostridium, Sacc. =Saccharomyces,
*上記製品依目的,分成動物用醫藥品,飼料原料,混合飼料。
飼料營養雜誌(p.3~10)─陳厚基.九三年第一期