枣庄学院生命科学学院
学 年 论 文
（本科生）
题 目: 双歧杆菌生物学作用及其应用
学生姓名 田茵茵
指导教师 李言秋
专 业 生物科学
级 别 2011级
双歧杆菌生物学作用及其应用
摘要
目的:归纳总结双歧杆菌生物学作用及其研究进展。方法：查阅了近年来的文献,综述了近年来对双歧杆菌研究的新进展。结果：双歧杆菌具有免疫调节、抗肿瘤、抗感染、抗衰老、降血脂和营养保健等一系列特殊生理功能[1]。结论：双歧杆菌具有多种生物学功能，有潜在的预防和治疗疾病的作用，在食品工业和药品开发领域具有广阔的前景。
关键词：双歧杆菌；生理特性；保健功能
双歧杆菌生物学作用及其应用
第1章 引言
双歧杆菌归属于放线菌科双歧杆菌属，专性厌氧，革兰氏阳性，成杆状，不形成芽孢，不运动。因为它能发酵糖类，产生大量乳酸，又称为乳酸菌。它可利用葡萄糖，乳糖，半乳糖和果糖。一般将果糖作为碳源，将氮作为唯一可利用的氮源。与人类相关的双歧杆菌菌株有：双歧杆菌Biovars a和b，长双歧杆菌Biovars a和b，婴儿双歧杆菌，短双歧杆菌，青春双歧杆菌Biovars a和b和c，梭形双歧杆菌，链状双歧杆菌，假链状双歧杆菌和齿状双歧杆菌[2]。双歧杆菌是母乳喂养婴儿肠道内的优势菌，占母乳喂养婴儿粪便中总微生物群落总数的99%。它也是成人肠道中占绝对优势的正常寄宿菌。它可以存在于小肠，但数量比在大肠和粪便中少。同时它也存在于人的口腔、阴道、许多动物的消化道，还可发现于污水中。
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双歧杆菌生物学作用及其应用
第2章 双歧杆菌的生理特性
2.1 形态
双歧杆菌形态多变，因不同种，不同龄及不同生长环境而呈现多种形态。有短杆较规则型或纤细杆状具有间隙末端的细胞，也有球形、棍棒状、匙型或多种分枝、分叉型，典型形态特征是具有分叉的杆菌[3]。菌落光滑、凸圆、边缘完整，乳脂呈白色，闪光且质地柔软，由此而得名双歧杆菌[4]。
2.2 生活条件与生存特点
双歧杆菌最适生长温度是37℃-41℃，在25℃-28℃或43℃-45℃也能生长。初始生长PH6.5-7.0，在PH5.0或高于8.0不生长。双歧杆菌属专性厌氧，但在有二氧化碳存在时也能耐受氧气，革兰氏阳性菌。双歧杆菌对营养素的要求相当不均，有些菌株以铵盐为氮源，有些则需有机氮。含多种维生素、核苷酸、乳糖、三种氨基酸和多种盐类的半合成培养基能够满足双歧杆菌的生长需要。许多菌株可以生长在含有铵盐、生长素、泛铵盐、糖类和矿物质的简单培养基上[5]。它是人体肠道菌群的重要组成部分，人类只能从母体中一次性获得双歧杆菌。新生儿的粪便中无双歧杆菌，出生2-3d后，以母乳喂养的婴儿肠道内双歧杆菌迅速增殖并逐渐呈优势菌群，出生5d后肠道内双歧杆菌占总菌数的95%以上，而非母乳喂养婴儿则仅占61%。随着年龄的增长和人体生理机能的变化，双歧杆菌逐渐随粪便排出，自然减少，一般健康青年人肠道内双歧杆菌占14.8%，而中老年人仅占3.2%，甚至多数老年人肠道中已无双歧杆菌存在。双歧杆菌在肠道中的生长一般会受到宿主性别、年龄、饮食习惯等方面的影响。同时，双歧杆菌对抑制兼氧菌感染有效的甲硝唑存在抗性，对青霉素、四环素及新霉素等抗生素的抗性较弱，而红霉素、头孢菌素、多肽抗菌素、β-内酰胺、螺旋霉素和氯霉素可直接将其杀灭。
2.3 代谢及酶系
2.3.1 特殊糖代谢酶系
双歧杆菌体内的果糖-6-磷酸磷酸解酮酶(F6PPK)能通过特异的果糖-6-磷酸支路代谢途径对葡萄糖进行酵解，生成D-赤藓糖-4-磷酸和乙酰磷酸。生成的乙酰磷酸经磷酸转乙酰酶PTA生成乙酰辅酶A进入三羧酸循环。这一代谢支路避免糖
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酵解EMP途径中由丙酮酸脱羧生成乙酰辅酶A时释放的一分子二氧化碳，可以提高葡萄糖的利用率。
双歧杆菌能利用α-半乳糖苷酶特异降解并消化吸收α-D半乳糖苷低聚糖，而人机体则无消化该糖的功能。β-半乳糖苷酶能降解乳糖，可将其用于生产乳制品，以便提高乳糖不耐症患者对乳制品的消化利用率[6]。此外，双歧杆菌中的特殊糖代谢酶还包括α和β-葡萄糖苷酶、甘露糖苷酶和D-木糖苷酶等，这些酶均为双歧杆菌所特有，并用于代谢人体不能消化吸收的特殊低聚糖。 2.3.2 蛋白肽代谢酶系
双歧杆菌含有较高生物活性的L-亮氨酸肽酶，其主要作用于蛋白质和多肽结构链的N-端氨基酸的残基，尤其是含亮氨酸的肽类以及某些脂肪的胺类。双歧杆菌的磷蛋白磷酸酶能特异分解奶类中的α-酪蛋白，提高了蛋白消化率。此外，还发现双歧杆菌能代谢产生二肽酶、三肽酶和羧肽酶等肽类水解酶。 2.3.3 胆盐水解酶系
双歧杆菌还能产生胆盐水解代谢酶，能水解6种胆盐，尤其是甘氨酰胆酸盐水解酶能特异性地使结合胆酸盐水解生成游离胆汁酸，进一步增强了胆酸的抗菌活性。 2.3.4 其他
双歧杆菌中还含有N-乙酰D-葡萄糖胺酶、N-亚硝胺降解酶、NAD-氧化还原酶和超氧化物歧化酶(SOD酶)等，专门用于降解吸收某些特殊物质[7]。
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第3章 双歧杆菌对不利生理条件的敏感性
3.1 对抗菌素的敏感性
双歧杆菌对不同抗菌素的敏感性也不同。在体外试验中，双歧杆菌对红霉素、新霉素和新生霉素敏感，对链霉素稳定。在口服常用剂量时，双歧杆菌不受青霉素、链霉素、金霉素和氯霉素的抑制。
通过观察人体粪便，对抗菌素治疗效果的研究表明，不同抗菌素对双歧杆菌的体内抑制效果明显不同。口服先锋霉素四号一星期后，正常粪便菌群略受抑制，病原菌稍有过度生长，而广谱青霉素对正常菌落抑制显著，病原菌过度生长的危险大大上升，环西林(cyclacillin )的作用与青霉素相似。强力的抗菌素有：林可霉素、巴龙霉素(paromomycin)和克林霉素(clindamycin)。服用克林霉素能使厌氧菌（双歧杆菌、拟杆菌、厌氧球菌）绝迹，而乳酸菌、真菌和梭状芽孢杆菌在林可霉素的作用下最终也完全从粪便菌丛中绝迹。
3.2 双歧杆菌对胆汁酸的敏感性
胆汁酸是由胆甾醇在肝脏中合成的，双歧杆菌和拟杆菌分解胆盐，释放的胆汁酸（胆酸和脱氧胆酸）被分别脱羧，生成脱氧胆酸和石胆酸。大部分的脱氧胆酸和全部的石胆酸被排泄到粪便中。
双歧杆菌对粪便中胆汁酸的水平敏感。脱氧胆酸为0.02%-0.05%水平时对双歧杆菌有抑菌作用，在0.2%-0.5%水平时有杀菌作用。正常粪便中脱氧胆酸的浓度在0.05%-0.2%之间变化。胆汁酸的量受饮食中脂肪量的影响。高脂肪食物增加了肠道中胆汁酸的量，相应地增加了对双歧杆菌的抑制作用。
3.3 胃酸对双歧杆菌的影响
胃液中游离的盐酸有杀菌作用，在pH低于4.0时，99.9%的细菌在30分种内被杀死，对酸有耐受力的微生物如乳酸菌、酵母菌、链球菌和双歧杆菌可忍受一定程度的胃酸而进入小肠。大量服用双歧杆菌相应地增加了它的耐受力，而且发酵产品容易消化，通过胃的时间比普通食物短，用经过血清学和生物化学鉴定的双歧杆菌的口服试验证明了这一点。
3.4 噬菌体对双歧杆菌的影响
在1966年第一个双歧杆菌噬菌体被分离出来，接着又分离出六种噬菌体。这
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些噬菌体能溶解青春双歧杆菌a和c型，以及长双歧杆菌b型。这些噬菌体的特征是蝌蚪形，长2100Å，头部直径400Å，尾长1700Å，尾宽150Å。在室温可至少存活四个月，但在70℃-80℃，30分钟内就会失活，在pH3.0时很快失活。有两种噬菌体对婴儿双歧杆菌显示出了杀菌剂般的作用。在牛瘤胃中分离出嗜热双歧杆菌的噬菌体，其特征是有一个八面体的头，直径600Å，尾长2150Å，尾宽110Å，尾部无收缩性，略弯，并有有规则的横向条纹[5]。
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第4章 双歧杆菌的保健功能
双歧杆菌的功效来自于它的生物学活性。它能够保持肠道内微生态平衡，增强机体免疫功能，拮抗病原微生物，合成B族维生素，产生抗菌物质等[8]。其具体生物学作用如下：
4.1 治疗肠道菌群失调性疾病功能
人患有急慢性腹泻、脂肪泻、旅游腹泻、乳糖不耐受症、消化不良、细菌感染性肠炎等肠道疾病，或因为长期大剂量服用各种抗生素和放化疗、肠道手术，其肠道内菌群本身自稳状态遭到破坏，导致肠功能紊乱，双歧杆菌等厌氧菌数量急剧下降，而需氧或兼性厌氧菌群数量迅速增加，菌群比例发生严重失调。当两者比例由正常的1000:1下降到1:1时，致病菌则大量繁殖而导致发病。因此，适当补充双歧杆菌，能及时调整和改善肠道菌群失调，防止某些疾病的发生[9]。
4.2 抗菌消炎功能
双歧杆菌是人体肠道内的优势益生菌，能拮抗其他病原菌的入侵和生存。双歧杆菌对大肠杆菌、变形菌、痢疾杆菌、白假丝酵母菌、伤寒杆菌、绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门菌、粪链球菌均有较强抑制活性。研究表明，双歧杆菌DM8504对牙龈卟啉单细胞菌、具核梭杆菌、伴放线菌放线杆菌和中间普氏菌4种牙周病原菌的抑制率分别为57.21%、49.36%、43.00%和48.21%，可用于防治牙周炎[10]。
双歧杆菌抗菌消炎的作用机制在于其能通过细胞磷壁酸与肠黏膜上皮细胞相互作用、密切结合，并与其他厌氧菌形成特异性微生态效应，共同占据肠黏膜表面，构成一个生物学屏障，表现为肠道的定植能力，阻止了致病菌与条件致病菌的定植和入侵[11]。双歧杆菌所特有的F6PPK酶将葡萄糖分解为乙酸和乳酸，降低了肠道内的pH值和氧化还原电势(Eh)，产生抗菌消炎活性。加之双歧杆菌胆盐水解酶能将胆盐水解成游离胆酸，增强了抗菌活性，抑制了腐生菌及其他致病菌的繁殖。双歧杆菌产生的胞外核苷酶可降解肠黏膜上皮细胞的杂多糖，这些杂多糖是潜在致病菌及其内毒素的受体，因而抑制了致病菌和内毒素在肠黏膜上的粘附[7]。此外，双歧杆菌作为抗原，还能诱导和激发肠黏膜特有的免疫系统而发挥抗菌消炎作用[12]。
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4.3 改善肝功能
双歧杆菌能抑制腐败细菌生长，纠正肠道菌群失调而促进营养吸收，阻止细菌易位，减少内毒素来源，减轻肝脏损害，改善肝功能。同时通过降低肠内PH，致使氨变为难吸收的状态，从而减少对肝的危害[13]。
4.4 降低血清胆固醇
双歧杆菌菌体成分或菌体代谢产物具有抗胆固醇物质，能明显减少肠管对胆固醇的吸收，同时促进胆固醇转变为胆酸盐，从而加快其排出体外。张颖等[14]给临床30例老年原发性高血脂病的患者口服双歧杆菌活菌片剂（每片含活菌5×l07个），每次4片，每日3次，疗程4周，结果给药组血液中总胆固醇、甘油三酯和高密度脂蛋白胆固醇含量均显著低于对照组(P<0.05)，表明双歧杆菌可用于预防动脉粥样硬化和心脑血管疾病。
4.5 增强机体的免疫功能
双歧杆菌菌体抗原及代谢物通过刺激肠粘膜淋巴结，刺激免疫活性细胞，产生特异性抗体和致敏淋巴细胞，调节机体免疫应答。双歧杆菌菌体具有激活巨噬细胞的β-半乳糖苷酸活性，加强和促进其吞噬作用。
4.6 预防和抑制肿瘤
双歧杆菌能吸收和消除致癌物的毒害作用，抑制突变剂的致突变作用，有效减少潜在癌症的发生。它能显著地诱导MR细胞和单核细胞的激活，从而起到抗肿瘤免疫的作用。双歧杆菌菌体细胞壁的肽聚糖、脂磷壁酸和多糖都有抗肿瘤作用。
4.7 控制内毒素血症功能
内毒素是一种大分子脂多糖，是构成革兰氏阴性菌最外层结构的主要成分。在人肠道细菌感染后，以往受到抑制的肠道细菌会大量繁殖，并代谢产生大量内毒素。人体肠道90%以上的内毒素来源于革兰氏阴性菌的裂解和释放，其结果产生内毒素血症。而双歧杆菌代谢产生的有机酸能明显改善肠道的pH值，竞争性结合肠粘膜位点，防止了致病菌在肠道的定植、入侵和易位，抑制了有害菌的生长，缩小了内毒素池，根绝了内毒素源，使血中内毒素水平显著下降。张宝云等[10]报道用肺炎杆菌、绿脓杆菌和普通变形杆菌混合菌液灌服大鼠诱发内毒素血症，再用双歧杆菌DM8504活菌液灌胃治疗，结果治疗组动物鲎试验证明，其内毒素转
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为阴性。
4.8 营养功效
双歧杆菌本身就是人体必不可少的营养源，它能自身合成人体所必需的维生素Bl、B2、B6、Bl2、叶酸、烟酸等多种维生素、氨基酸和蛋白质类，直接向宿主提供营养物质。双歧杆菌还能通过抑制机体内某些维生素分解代谢酶类，以保障机体维生素免遭酶解破坏损失。双歧杆菌在肠道内产生的乙酸和乳酸，能明显提高钙、磷、铁等微量元素的利用率及促进维生素D的吸收。双歧杆菌将乳糖发酵代谢成的半乳糖，则是构成神经系统脑苷脂的主要成分，它与新生儿脑组织的迅速发育生长密切相关。
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第5章 双歧杆菌的应用现状及前景展望
5.1 与双歧杆菌有关的制剂
5.1.1 含双歧杆菌的微生物制剂
至今，微生态制剂的开发已有近80年的历史，现已有200多种产品。我国研制、开发微生态制品较晚，但发展较快，含双歧杆菌的微生态制品较多，现已上市或正应用于临床的制剂有：口服双歧杆菌活菌制剂（回春生或丽珠肠乐）、口服双歧三联活菌胶囊（培菲康）、口服双歧杆菌三联活菌制剂（金双歧）、口服双歧四联活菌片、口服酪酸梭菌、双歧活菌胶囊和散剂等。 5.1.2 促进双歧杆菌增长因子的制剂
实验证明，寡糖主要具有促进双歧杆菌增殖、改善肠内环境、抗龋齿、升高血糖、降低血酯及促进矿质吸收等功能[15,16]。
早在1994年，Gibson人提出益生元（能选择刺激一种或几种细菌在宿主肠道内生长或活化，增进宿主健康而又不被宿主肠道消化的物质）的概念，并提出寡糖是一种重要的益生元[17]。选用天然植物中提取的寡糖作为微生物健康品的功能组合，与通常存在的活菌制剂相比有更大的优势：①不必保存活菌，解除了外源菌难于通过宿主胃肠道屏障的困难；②稳定性强；③有效期长。然而，在目前，制备高纯度的寡糖还存在一定技术难度。
5.2 双歧杆菌在食品中的应用
鉴于药品使用的局限性和食品需求的广泛性，现已在奶制品中或一些保健食品中加入双歧杆菌活菌，或加入双歧杆菌所需底物直接刺激肠道中该菌的生长。现已证明，同时使用益生元和益生菌的“合生元”，能促进外源菌的定植、肠道内有益菌生长活化，从而维持与恢复肠道内微生态平衡，促进宿主健康[18]。关于合生元的合理使用还有待于进一步研究。
5.3 双歧杆菌制剂的应用中存在的问题及展望
双歧杆菌为革兰厌氧菌。婴儿双歧杆菌、短双歧杆菌和长双歧杆菌有一定的耐氧能力，而青春双歧杆菌的生长在含氧量极低时就被抑制，因此在乳制品中最好使用婴儿双歧杆菌、短双歧杆菌及长双歧杆菌。作为活菌的微生态制剂，要求在有效期内含有一定数量的存活功能菌。制剂中所有的细菌对酸、氧、水分较敏
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感。现代生活中乳制品和口服液占较大优势，因此选育一些既抗酸耐氧、又溶于液体制剂中较长时间存活的优质菌株是十分重要的[19]。我国在育种方面的研究已取得了一定进展[20]。更多的优良菌种仍在进一步寻找、研究过程中。
双歧杆菌是一种能代谢产生多种生物活性物质并具有一系列特殊保健功能的人体肠道内优势益生菌，对维持人类身体健康至关重要。目前，国内外对双歧杆菌研究取得了令人瞩目的进展，双歧杆菌独特的保健功能和潜在的医药、保健食品开发利用前景受到人们的普遍关注。随着微生物学、分子生物学、医学和药学等学科新技术的飞速发展，人们必将把粘附定植能力强、菌株稳定、耐氧、耐酸、耐抗生素的双歧杆菌新优良品种的选育、其新生理功能的发现、抗病机制的深入研究探索和再认知、新型药物制剂、高层次保健食品的开发利用等方面的研究推向一个崭新的阶段，使双歧杆菌为促进人类的身体健康发挥更大作用[9]。
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