猪结肠氨基酸谱与微生物群及耐药组的昼夜动态关联研究

为探究氨基酸（AA）谱、肠道微生物群和耐药组的动态关系，研究发现 AA 谱可影响二者，为调控提供新视角。

　　在动物养殖领域，抗生素曾长期被添加到饲料中，自 20 世纪 50 年代起，这种做法广泛应用，到 2010 年，家畜对抗生素的使用占全球总消费量的 70% 以上。然而，抗生素的滥用带来了诸多问题，不仅导致动物产品中出现抗生素残留，还使得耐药微生物和抗生素抗性基因（ARGs）不断涌现，严重威胁食品安全和环境安全。而且，家畜胃肠道被证实是耐药微生物和 ARGs 的主要储存库。与此同时，研究发现肠道微生物群存在昼夜振荡现象，其与肥胖、2 型糖尿病等疾病相关，ARGs 的丰度又与微生物的数量和群落组成密切相关。此外，氨基酸（Amino acids，AAs）作为肠道微生物及其宿主不可或缺的营养物质，其与肠道微生物群、ARGs 之间的动态关系却尚未明确。

在这样的背景下，南京农业大学和南京金陵医院等机构的研究人员开展了相关研究，其成果发表在《Animal Microbiome》上。该研究对于深入理解肠道生态系统、保障动物和人类健康具有重要意义，有望为控制抗生素抗性基因传播提供新的策略。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，选取 8 头平均体重 57.03 ± 1.78 kg 的杜洛克 × 长白 × 大白杂交育肥猪，在其近端结肠安装医用聚乙烯 T 型插管，待猪恢复正常后，连续 24 小时每隔 3 小时收集结肠食糜样本。然后，对样本进行 DNA 提取，利用宏基因组测序及相关数据分析微生物群落组成、ARGs 和移动遗传元件（Mobile genetic elements，MGEs） 。同时，采用液相色谱 - 质谱（LC-MS）代谢组学和靶向代谢组学技术分析 AAs。最后，运用 JTK_circle 分析、聚类分析、扩展局部相似性分析（eLSA）和偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM）等统计方法对数据进行处理和分析。

研究结果如下：

• 结肠微生物群的动态波动：通过宏基因组测序分析发现，细菌和真核生物的相对丰度在 24 小时内均有显著波动。细菌在黑暗阶段的丰度高于光照阶段，而真核生物则相反。在门水平上，厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）等主要门类的相对丰度波动明显。在属和种水平上，多个属和种的微生物相对丰度呈现显著振荡，如乳杆菌属（Lactobacillus）、普雷沃氏菌属（Prevotella）等。聚类分析显示，不同类群的细菌在一天中的不同时间达到丰度峰值，例如超过 50% 的毛螺菌科（Lachnospiraceae）物种在 T12 达到峰值，在 T21 出现低谷；超过 50% 的瘤胃球菌科（Ruminococcaceae）、梭菌科（Clostridiaceae）和真杆菌科（Eubacteriaceae）物种在 T15 - T21 达到峰值123。
• 结肠食糜中 AA 谱的动态波动：非靶向代谢组学表明食糜中的代谢物（包括 AAs、糖类和脂肪酸）存在昼夜节律波动。靶向代谢组学进一步确定 AA 谱在一天内波动明显，除 L - 高丝氨酸外，其余 35 种已鉴定的 AAs 及其衍生物均呈现显著波动。如瓜氨酸（citrulline）和 L - 甲硫氨酸（L-methionine）的波动最为显著。不同类型的 AAs 在不同时间达到峰值，支链氨基酸 L - 缬氨酸（L-valine）、L - 亮氨酸（L-leucine）和 L - 异亮氨酸（L-isoleucine）在 T06 - T12 达到峰值，芳香族氨基酸 L - 色氨酸（L-tryptophan）、L - 酪氨酸（L-tyrosine）和 L - 苯丙氨酸（L-phenylalanine）在 T12 - T18 达到峰值456。
• AAs 动态影响肠道微生物和耐药组的波动：基于 eLSA 建立的动态关联模型显示，大多数 AAs 与普雷沃氏菌科（Prevotellaceae）物种呈正相关，与乳杆菌科（Lactobacillaceae）和毛螺菌科物种呈负相关。例如瓜氨酸、4 - 羟基脯氨酸和 L - 丙氨酸与普雷沃氏菌（Prevotella copri）正相关，而 L - 甲硫氨酸等与罗伊氏乳杆菌（Lactobacillus reuteri）负相关。在 MGEs 方面，AA 谱与 Tn916 和 istA 组呈负相关，与质粒呈正相关。在 ARGs 方面，AAs 与多种 ARGs 密切相关，如瓜氨酸与 tet32 正相关，与 tetM 负相关。PLS-SEM 分析表明，AA 谱直接影响微生物的 α- 多样性、β- 多样性和 MGEs，间接通过影响 MGEs 和微生物 β- 多样性来影响 ARGs789。

研究结论与讨论部分指出，该研究揭示了 AAs、肠道微生物群和耐药组之间的动态相互作用。饮食中 AA 的组成可能通过影响肠道微生物群和 MGEs，进而影响 ARGs 的丰度。这一发现为缓解抗生素耐药性的传播提供了新的思路，即可以通过调整家畜的饮食 AA 组成来减少 ARGs 的传播。然而，目前对于 AAs 影响这些过程的具体机制还需要进一步研究，以便开发出更有效的干预措施。总体而言，该研究为肠道微生物群和耐药组的调控提供了重要的理论依据，对保障动物健康和公共卫生具有重要意义。