中国规模化猪场猪肠道菌群和抗生素耐药基因组特征

肠道微生物与宿主的能量代谢、免疫系统的发育及其它生理功能密切相关。关于人类肠道微生物与宿主的互作机制已经有了广泛研究。同样，动物的肠道菌丛也参与调解很多生理机能。与人类相比，虽然已经有研究利用16S rRNA 以及宏基因组测序来开展猪的肠道菌丛研究，但所知有限。尤其是规模化养殖场猪肠道微生物组数据的缺乏严重制约了相应基因结构及功能的研究。2016 年，在收集法国（100 份）、丹麦（100 份）以及中国（87 份）猪粪便样品的基础上，利用宏基因组测序建立了猪肠道菌丛的参考目录，这是一个很有吸引力的重要模型。但是，上述研究中来自中国的样品是采自实验室饲养的猪，而不是现地，似乎不能真实反映现地的实际情况。在实际生产中，规模化养殖会遇到很多复杂的环境问题，例如过高的饲养密度以及过量的抗生素的使用。最近的一项研究，对欧洲9 国的181个猪场和178 个禽场的抗性基因池（耐药基因组）进行了定量分析，结果表明猪和禽的耐药基因组在丰度和组成上存在着很大的差别，获得的抗性基因水平与整个国家抗生素的使用密切相关。

抗生素是对抗疾病最经济有效又能促进动物健康的有力工具，因此，在食用动物的饲养中被广泛应用。值得注意的是，在中国大规模养殖场中抗生素的使用更为频繁。同时，大约58%消耗掉的兽用抗生素被排泄到环境中。多重耐药细菌的出现唤醒了人们的重视，一个主要的关注点是抗生素抗性是否能从动物转移到人类。在过去的40 年中，越来越多的证据显示，抗生素的使用与病原菌耐药基因的传播和增多密切相关。然而，大多数监测耐药基因的方法是基于定量PCR，数据量有限。中国规模化猪场的庞大体量为应用宏基因组测序技术，快速广泛地监测抗性基因的多样性和丰度提供了很好的条件。

为了明确中国规模化猪场猪肠道菌丛的组成及功能，中国农业科学院哈尔滨兽医研究所王春来等人从4 个不同省份的4 个不同规模化猪场收集了猪粪便样品，并利用鸟枪法宏基因组测序对样品进行了测序，对猪肠道菌丛的耐药谱系进行了流行病学调查。结果显示，与发表的猪肠道菌群参考基因目录（RGC）相比，在该研究中有超过一半的非冗余基因（1 477 243，50.2%）是新发现的。另外，在分析每个猪场优势菌群的基础上，完成了10 个基因组草图的绘制。其中，有6 种菌群也经常出现在人类的肠道中。埃希氏菌属、沙雷氏菌属、拟杆菌属、假单胞菌属是4 个猪场猪肠道菌群的优势菌丛，其中大肠杆菌占比最多。虽然该研究得到的非冗余基因的数量不是很多，但与RGC 相比，鉴定到了更多的耐药基因。其中，四环素抗性基因、氨基糖苷类抗性基因以及多重耐药基因的丰度占比超过了50%。与RGC 与人类肠道菌群基因目录相比，规模化猪场猪肠道菌群基因目录与人类肠道菌群基因目录有着更高的相似度。另外，该研究鉴定到了多达130个抗性蛋白，这些蛋白同时存在于人、鼠和猪的耐药基因组中，结果提示抗性基因潜在的水平转移，在猪和人的同源抗性蛋白中，56 个蛋白参与四环素耐药，41 个蛋白参与氨基糖苷类耐药。近期《mSystems》发表了该文章“Characterization of the pig gut microbiome and antibiotic resistome in industrialized feedlots in China”，为规模化猪场猪肠道菌群及耐药基因组绘制了一个复杂的蓝图，为健康养猪及合理用药提供了有益的技术资料。