當前，我國益生菌產業飛速發展，大量益生菌產品雨后春筍般涌現。由于斑馬魚腸道與人體腸道高度相似，并與人體腸道菌群種類具有廣泛的同源性，因此，斑馬魚模型作為一種腸道微生物研究的新興模型，被越來越多地用于益生菌等功能性食品功效與安全性評價及研究。
斑馬魚生物技術，如何助力益生菌等功能性食品產業及原料企業發展？讀完本文，相信你能找到答案！
01、益生菌產業發展現狀
益生菌產業高速發展，橫跨發酵乳品、乳飲料、休閑零食、膳食補充劑、日化用品及動物飼料多個領域。雖然我國益生菌產業起步較晚，益生菌產業開發相對落后與歐洲、日本等地區，但是仍處于高速發展階段。據中康產業資本研究中心整理的數據顯示，2022年，我國的益生菌市場規模突破1000億元，達到1065億元，具有非常大的應用前景，預計2023年我國益生菌市場規模將達到1171億元。而且將保持每年10%-15%以上持續增長。
圖1 2017-2023年中國益生菌市場規模及預測圖
圖源：第六屆食品科技創新大會環特生物分享PPT
目前我國的益生菌市場以進口品牌為主，由于一株成熟的商業菌株開發需要大量的時間以及成熟的技術，所以國內益生菌廠商市場占有率較低。國內有益生菌板塊業務的上市公司主要有科拓生物、福成股份、萊特九州、湯臣倍健、江中藥業、合生元等。
02、斑馬魚及其優勢
斑馬魚是鯉科、鮐屬的魚類，呈梭形，平均體長為25mm，有記錄的大魚體可達64mm，尾部側扁。斑馬魚全身基調呈現黃色，背部為橄欖色，從背部至腹部有多條深藍色條紋。目前主要分布在孟加拉、印度、巴基斯坦、緬甸以及尼泊爾的溪流中。
圖2 斑馬魚
斑馬魚很容易在實驗室飼養，三個月就達到生殖成熟期，雌魚每次產卵200枚，一生可產卵數千枚，卵經24小時即可發育成熟（一天的生長相當于鼠類8-10天），仔魚期只有一個月。不僅如此，斑馬魚卵和整個胚胎發育過程都是透明的，可以容易得到胚胎，且在顯微鏡下可直接觀察胚胎的發育過程。斑馬魚由于其獨特的自身優勢，目前已成為模式生物，被越來越多的研究學者用于科學研究。
圖3 斑馬魚國內相關研究共現矩陣分析圖
圖源：中國知網
斑馬魚的生理、發育和代謝與哺乳動物高度相似，能夠可靠的模擬和預測人類生理、病理過程，Wang zhengyuan[1]等人對比了斑馬魚腸道與人體腸道，發現其斑馬魚S1-S5段功能與人體/小鼠非常相似。從其光鏡結構檢查中可以看出，其S1-S5段密布絨毛，與人體/小鼠的小腸結構相似，S6段絨毛、脊線較前節短且寬，S7段表面光滑，沒有褶皺或者絨毛狀結構，同人體大腸形態相似。
圖4 6月齡斑馬魚腸道結構圖[1]
斑馬魚能將益生菌攝入腸道并有效定植，這為益生菌的發展提供了很好的研究對象，斑馬魚不僅個體差異小、實驗結果更可靠，實驗周期短、效率更高，且成本較低。采用益生菌分別喂食斑馬魚，觀察斑馬魚腸道中益生菌的熒光強度可以看出，4小時斑馬魚整條腸道已充滿益生菌。
圖5 斑馬魚腸道益生菌熒光強度變化圖
圖源：第六屆食品科技創新大會環特生物分享PPT
03、斑馬魚用于益生菌及其它功能性原料研究
雖然斑馬魚可以應用于益生菌研究，但其研究結果與人體/小鼠研究結果真的一致嗎？不少的研究學者已經給出了答案。2015年，意大利學者Silvia Falcinelli[2]等人采用鼠李糖乳桿菌，以斑馬魚為研究對象，高通量序列分析為手段，證明了鼠李糖乳桿菌具有調節腸道微生物組成的能力。這一研究結果與匹茲堡大學Misty Good[3]等人將鼠李糖乳桿菌應用于小鼠的研究結果一致。中國海洋大學Zhang lanwei[4]團隊也有研究表明，動物雙歧桿菌F1-7可以通過調節斑馬魚血清素（5-HT）釋放和合成的關鍵基因，促進斑馬魚腸道的蠕動。之后張教授團隊將動物雙歧桿菌F1-7應用于小鼠，研究結果與將動物雙歧桿菌F1-7應用于斑馬魚一致[5]。這些研究結果都表明，將斑馬魚生物技術應用于益生菌研究具有一定的可信度，且被越來越多的學者認可和應用。
斑馬魚作為第三大模式動物，兼具動物和體外細胞實驗的優點，被廣泛應用于高通量測試，現已建立約2000余種人類疾病模型。比如吉林大學基礎醫學院的孫巍教授，就曾將斑馬魚應用于一些老年疾病的研究，通過行為遺傳學、分子藥理學，積極開發新的轉基因及基因敲除斑馬魚系，用于臨床老年疾病模型的研究。由于斑馬魚與人類眼部在形態、生理、功能和基因表達上相似，許多人類視覺障礙相關的表型已經在斑馬魚中重現，研究學者們將斑馬魚動物模型應用于人類眼部疾病的研究，比如眼部角膜疾病、白內障、青光眼、視網膜疾病等等，均取得了較好的研究結果。
不僅如此，越來越多的企業也紛紛參與斑馬魚生物技術應用于功能性原料功效評價的研究，比如澳優乳業、康寶萊等將斑馬魚應用于胃腸黏膜保護功效評價；蒙牛、飛鶴等將斑馬魚生物技術應用于潤腸通便的功效評價，證實其酸奶具有潤腸通便的功效。
04、斑馬魚后續發展
作為完整的動物模型，斑馬魚具有實驗快速、高效、經濟的優勢。斑馬魚與人類基因相似度高達87%，可以用來模仿一些功能性原料在人體中的效果，且根據《歐盟動物保護法》，5天以內的斑馬魚胚胎和幼魚由于自帶卵黃囊，無需進食，因此不屬于動物，符合3R原則（替代Replacement/減少Reduction/優化Reduction）。斑馬魚生物技術已受到歐美食品藥品監督管理部門認可，并通過GLP（藥物非臨床研究質量管理規范）認證。OECD（經濟與合作發展組織）認定斑馬魚胚胎毒性測試為評價化學品毒性敏感的體內方法。
雖然斑馬魚具有較多優點，但是在某些情況下，由于斑馬魚的基因功能差異，足以破壞斑馬魚突變體和人類疾病綜合征的表型相似性，并且斑馬魚的生理學差異也會使疾病模型復雜化。但是其成本低、周期短、實驗效率高，所以，開發基于斑馬魚開展功能性評價的方法有利于相關功能食品原料的活性篩選及對產品的功效驗證，有著非常廣闊的應用前景。
參考文獻
[1]Wang Z, Du J, Lam S H, et al. Morphological and molecular evidence for functional organization along the rostrocaudal axis of the adult zebrafish intestine[J]. Bmc Genomics, 2010, 11(1):392.
[2]Falcinelli, Rodiles, Unniappan, et al. Probiotic treatment reduces appetite and glucose level in the zebrafish model[J]. SCI REP-UK, 2016, 2016,6.
[3]Good M , Sodhi C P ,Ozolek J A ,et al. Lactobacillus rhamnosus HN001 decreases the severity of necrotizing enterocolitis in neonatal mice and preterm piglets: evidence in mice for a role of TLR9.[J]. American Journal of Physiology Gastrointestinal & Liver Physiology, 2014, 306(11):1021-32.
[4]Lu Y, Zhang Z , Liang X , et al. Study of gastrointestinal tract viability and motility via modulation of serotonin in a zebrafish model by probiotics[J]. Food & Function, 2019, 10(11):7416-7425.
[5]Lu Y , Yu Z , Zhang Z , et al. Bifidobacterium animalis F1-7 in combination with konjac glucomannan improves constipation in mice via humoral transport. 2020.
[6]Meng X, Gao Y, Qi H, Ding Y, Sun Y. Clinical Application Value of Lactobacillus Plantarum PS128 in Patients with Anxiety Disorders. Clin Psychopharmacol Neurosci. 2022 Aug 31;20(3):560-566.
作者簡介：Yanci，江南大學食品工程專業碩士，現從事食品研發工作。
文章來源：食品伙伴網