飼用抗生素的過度使用帶來細菌耐藥性和超級細菌問題，嚴重威脅公眾健康。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)科學院（深圳）農(nóng)業(yè)基因組研究所研究員樊偉團隊聯(lián)合湖南農(nóng)業(yè)大學教授曾建國團隊、中國農(nóng)業(yè)大學教授咼于明團隊，在雞腸道微生物宏基因集構建和飼用抗生素與天然替抗產(chǎn)品的促生長機制研究方面取得了突破性進展。其研究成果在線發(fā)表于國際微生物學權威期刊《微生物組》（Microbiome）上。
 
        這不僅是對動物腸道宏基因組學研究的重要補充，而且揭示飼用抗生素和天然替抗產(chǎn)品促進生長的機理，為開發(fā)“綠色天然”植物來源替抗產(chǎn)品提供了科學依據(jù)。
 
歷時六年的研究
 
        自上世紀50年代，科學家發(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。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微生物情況的樣本，導致一直無法清楚解析二者的作用機制。
 
        他表示，“只有闡明二者的防病促生長機制，才能真正指導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系，聯(lián)合研究團隊于2012年啟動雞腸道宏基因組研究計劃。
 
        經(jīng)過6年的努力，研究團隊構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節(jié)作用。
 
構建全球雞腸道微生物參考基因集
 
        “傳統(tǒng)的16S rRNA基因分析僅提供關于微生物組成的有限信息，而宏基因組測序技術的不斷進步，為腸道微生物的功能研究提供了重要技術支撐。”樊偉說道。
 
        該研究以能代表腸道微生物的腸段內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、盲腸和結直腸）中采集了495個腸道內容物樣本，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建，是對動物腸道宏基因組學研究的重要補充。
 
        在構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重要。
 
指導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，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)性能的相關機制的細節(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)結果顯示，博落回提取物主要能促進有益菌乳桿菌屬增加、增強氨基酸和丁酸等營養(yǎng)或抗炎物質合成，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來達到促生長效果。
 
        研究還發(fā)現(xiàn)，二者都對脂質代謝有重要影響，均能富集次級膽汁酸生物合成途徑。金霉素還增強了脂肪酸和不飽和脂肪酸的生物合成途徑，該結果表明脂質代謝調節(jié)是抗生素生長促進劑的重要機制。而博落回提取物則通過增強氨基酸和維生素的生物合成途徑來促進雞的營養(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抗生素抗性基因的上升，這進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。
 
相關論文信息：
 
https://doi.org/10.1186/s40168-018-0590-5