雞腸道宏基因集
■本報記者 王方
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加入「限抗」和「禁抗」的隊伍，尋找和開發「安全、有效、可控、成本低」的天然替抗產品是目前全球研究的熱點。
近日，中國農業科學院（深圳）農業基因組研究所研究員樊偉團隊聯合湖南農業大學教授曾建國團隊、中國農業大學教授咼於明團隊，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。其研究成果在線發表於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品促進生長的機理，為開發「綠色天然」植物來源替抗產品提供了科學依據。
歷時六年的研究
自上世紀50年代，科學家發現亞治療劑量的抗生素可作為動物促生長添加劑以來，抗生素被大量使用並為養殖業帶來了極大收益，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於促生長，並將其置於獸醫臨床監督下使用。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，由於缺乏大樣本量數據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品開發」。
為了更好地理解家禽腸道微生物功能、雞的健康養殖，並解釋飼用抗生素和天然替抗產品與腸道微生物群落的相互作用關係，聯合研究團隊於2012年啟動雞腸道宏基因組研究計劃。
經過6年的努力，研究團隊構建了第一個雞腸道微生物參考基因集，深入分析不同腸段、不同飼養方法、不同日齡對腸道微生物群落與功能的影響，並系統比較了飼用抗生素金黴素（CTC）和天然替抗產品博落回提取物（MCE）對腸道微生物菌群的調節作用。
構建全球首個雞腸道微生物參考基因集
「傳統的16S rRNA基因分析僅提供關於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）雞的5個腸段（十二指腸，空腸、迴腸、盲腸和結直腸）中採集了495個腸道內容物樣本，通過高通量測序共產生1.64Tb宏基因組數據，平均每個樣本3.31Gb。
得到contig N50長度為1.95kb的組裝結果，從組裝數據中鑑定了904萬個非冗餘基因，平均開放閱讀框長度為697bp，樣品稀釋曲線已接近飽和，表明大多數雞腸道微生物的基因已被包含於基因集中，由此構建了全球首個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後，該研究比較了雞、豬和人的腸道宏基因集，發現三者的腸道宏基因集儘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；分析了不同養殖模式對於雞腸道宏基因組的影響，發現雞在散養模式下腸道微生物多樣性高於籠養模式，且土壤主要成分的放線菌在散養雞中比籠養雞中更豐富；比較了雞的前腸和後腸宏基因組的不同特點，發現後腸微生物多樣性明顯高於前腸；比較分析了不同日齡的肉雞腸道微生物特點，發現在前腸和後腸中，微生物代謝能力均在第28天左右達到最大值，此後基本保持穩定或略有下降，但前腸中不同日齡的差異程度要大於後腸中的日齡差異程度。研究表明，生長早期對於雞的發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品開發
長期以來，植物源天然促生長劑，如含有博落回提取物的產品，已作為抗生素的替代品被廣泛地用於畜禽生產中，在中國2012年底成功批准，成為我國首個二類新中獸藥藥物飼料添加劑產品。
雖然以博落回提取物為基礎開發的飼用替抗產品全球市場取得了驕人成績，但其提高畜禽生產性能的相關機制的細節仍不清楚。
這項研究以金黴素（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品）為比較研究對象。
宏基因組數據結果顯示，博落回提取物主要能促進有益菌乳桿菌屬增加、增強胺基酸和丁酸等營養或抗炎物質合成，從而有利於抗炎促生長。金黴素則增加了腸道中產抗生素菌群豐度及增強了多種抗生素合成途徑，據此推測能更有效地抑制有害菌和炎症反應來達到促生長效果。
研究還發現，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。金黴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胺基酸和維生素的生物合成途徑來促進雞的營養吸收和生長。
博落回提取物中劑量組（MCE-M）的體增重增加和料肉比（FCR）降低的效果優於金黴素組，這一劑量也符合商業推廣的劑量，表明博落回提取物在促生長的效果上是優於金黴素的。在樊偉看來，「這對於養殖業具有重要意義」。
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生而對公眾造成巨大威脅，以及開發有效的飼用替抗產品的緊迫性。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1186/s40168-018-0590-5
《中國科學報》 (2018-12-12 第6版 科研)