飼用抗生素的過度使用帶來細(xì)菌耐藥性和超級細(xì)菌問題，嚴(yán)重威脅公眾健康。伴隨著越來越多的國家和地區(qū)加入“限抗”和“禁抗”的隊伍，尋找和開發(fā)“安全、有效、可控、成本低”的天然替抗產(chǎn)品是目前全球研究的熱點。
 
        近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院（深圳）農(nóng)業(yè)基因組研究所研究員樊偉團(tuán)隊聯(lián)合湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授曾建國團(tuán)隊、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授咼于明團(tuán)隊，在雞腸道微生物宏基因集構(gòu)建和飼用抗生素與天然替抗產(chǎn)品的促生長機(jī)制研究方面取得了突破性進(jìn)展。其研究成果在線發(fā)表于國際微生物學(xué)權(quán)威期刊《微生物組》（Microbiome）上。
 
        這不僅是對動物腸道宏基因組學(xué)研究的重要補(bǔ)充，而且揭示飼用抗生素和天然替抗產(chǎn)品促進(jìn)生長的機(jī)理，為開發(fā)“綠色天然”植物來源替抗產(chǎn)品提供了科學(xué)依據(jù)。
 
歷時六年的研究
 
        自上世紀(jì)50年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)亞治療劑量的抗生素可作為動物促生長添加劑以來，抗生素被大量使用并為養(yǎng)殖業(yè)帶來了極大收益，但同時也因其助推耐藥菌形成而對公共健康構(gòu)成威脅。
 
        從2006年起，歐洲全面禁止飼用抗生素的添加，2017年美國也禁止抗生素在飼料中用于促生長，并將其置于獸醫(yī)臨床監(jiān)督下使用。中國制定了《遏制細(xì)菌耐藥國家行動計劃（2016—2020）》，將在2020年全面禁止使用飼用抗生素。因此，開發(fā)綠色安全的替代品變得非常重要和迫切。
 
        無論是飼用抗生素還是天然替抗產(chǎn)品，其防病促生長作用都與腸道微生物緊密相關(guān)。樊偉介紹，由于缺乏大樣本量數(shù)據(jù)的分析和更能真實代表腸道內(nèi)微生物情況的樣本，導(dǎo)致一直無法清楚解析二者的作用機(jī)制。
 
        他表示，“只有闡明二者的防病促生長機(jī)制，才能真正指導(dǎo)綠色安全的防病促生長的飼用替抗產(chǎn)品開發(fā)”。
 
        為了更好地理解家禽腸道微生物功能、雞的健康養(yǎng)殖，并解釋飼用抗生素和天然替抗產(chǎn)品與腸道微生物群落的相互作用關(guān)系，聯(lián)合研究團(tuán)隊于2012年啟動雞腸道宏基因組研究計劃。
 
        經(jīng)過6年的努力，研究團(tuán)隊構(gòu)建了個雞腸道微生物參考基因集，深入分析不同腸段、不同飼養(yǎng)方法、不同日齡對腸道微生物群落與功能的影響，并系統(tǒng)比較了飼用抗生素金霉素（CTC）和天然替抗產(chǎn)品博落回提取物（MCE）對腸道微生物菌群的調(diào)節(jié)作用。
 
構(gòu)建全球雞腸道微生物參考基因集
 
        “傳統(tǒng)的16S rRNA基因分析僅提供關(guān)于微生物組成的有限信息，而宏基因組測序技術(shù)的不斷進(jìn)步，為腸道微生物的功能研究提供了重要技術(shù)支撐。”樊偉說道。
 
        該研究以能代表腸道微生物的腸段內(nèi)容物樣本為研究材料，從7個不同品種（地區(qū)）雞的5個腸段（十二指腸，空腸、回腸、盲腸和結(jié)直腸）中采集了495個腸道內(nèi)容物樣本，通過高通量測序共產(chǎn)生1.64Tb宏基因組數(shù)據(jù)，平均每個樣本3.31Gb。
 
        得到contig N50長度為1.95kb的組裝結(jié)果，從組裝數(shù)據(jù)中鑒定了904萬個非冗余基因，平均開放閱讀框長度為697bp，樣品稀釋曲線已接近飽和，表明大多數(shù)雞腸道微生物的基因已被包含于基因集中，由此構(gòu)建了全球雞腸道微生物參考基因集。
 
        雞腸道微生物參考基因集的構(gòu)建，是對動物腸道宏基因組學(xué)研究的重要補(bǔ)充。
 
        在構(gòu)建雞腸道宏基因集之后，該研究比較了雞、豬和人的腸道宏基因集，發(fā)現(xiàn)三者的腸道宏基因集盡管在基因序列水平上差異巨大，但微生物的功能相似性較高；分析了不同養(yǎng)殖模式對于雞腸道宏基因組的影響，發(fā)現(xiàn)雞在散養(yǎng)模式下腸道微生物多樣性高于籠養(yǎng)模式，且土壤主要成分的放線菌在散養(yǎng)雞中比籠養(yǎng)雞中更豐富；比較了雞的前腸和后腸宏基因組的不同特點，發(fā)現(xiàn)后腸微生物多樣性明顯高于前腸；比較分析了不同日齡的肉雞腸道微生物特點，發(fā)現(xiàn)在前腸和后腸中，微生物代謝能力均在第28天左右達(dá)到值，此后基本保持穩(wěn)定或略有下降，但前腸中不同日齡的差異程度要大于后腸中的日齡差異程度。研究表明，生長早期對于雞的發(fā)育和腸道微生物群的建立都至關(guān)重要。
 
指導(dǎo)未來綠色天然替抗產(chǎn)品開發(fā)
 
        長期以來，植物源天然促生長劑，如含有博落回提取物的產(chǎn)品，已作為抗生素的替代品被廣泛地用于畜禽生產(chǎn)中，在中國2012年底成功批準(zhǔn)，成為我國二類新中獸藥藥物飼料添加劑產(chǎn)品。
 
        雖然以博落回提取物為基礎(chǔ)開發(fā)的飼用替抗產(chǎn)品全球市場取得了驕人成績，但其提高畜禽生產(chǎn)性能的相關(guān)機(jī)制的細(xì)節(jié)仍不清楚。
 
        這項研究以金霉素（飼用抗生素）與博落回提取物（植物來源天然促生長劑替抗產(chǎn)品）為比較研究對象。
 
        宏基因組數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，博落回提取物主要能促進(jìn)有益菌乳桿菌屬增加、增強(qiáng)氨基酸和丁酸等營養(yǎng)或抗炎物質(zhì)合成，從而有利于抗炎促生長。金霉素則增加了腸道中產(chǎn)抗生素菌群豐度及增強(qiáng)了多種抗生素合成途徑，據(jù)此推測能更有效地抑制有害菌和炎癥反應(yīng)來達(dá)到促生長效果。
 
        研究還發(fā)現(xiàn)，二者都對脂質(zhì)代謝有重要影響，均能富集次級膽汁酸生物合成途徑。金霉素還增強(qiáng)了脂肪酸和不飽和脂肪酸的生物合成途徑，該結(jié)果表明脂質(zhì)代謝調(diào)節(jié)是抗生素生長促進(jìn)劑的重要機(jī)制。而博落回提取物則通過增強(qiáng)氨基酸和維生素的生物合成途徑來促進(jìn)雞的營養(yǎng)吸收和生長。
 
        博落回提取物中劑量組（MCE-M）的體增重增加和料肉比（FCR）降低的效果優(yōu)于金霉素組，這一劑量也符合商業(yè)推廣的劑量，表明博落回提取物在促生長的效果上是優(yōu)于金霉素的。在樊偉看來，“這對于養(yǎng)殖業(yè)具有重要意義”。
 
        此外，飼用抗生素還引起了腸道內(nèi)抗生素抗性基因的上升，這進(jìn)一步警示了飼用抗生素可加速耐藥菌的產(chǎn)生而對公眾造成巨大威脅，以及開發(fā)有效的飼用替抗產(chǎn)品的緊迫性。
 
相關(guān)論文信息：
 
https://doi.org/10.1186/s40168-018-0590-5