年龄对褐鳟肠道微生物组的影响：氟苯尼考和过氧乙酸处理的差异效应

为探究宿主年龄对鱼类肠道微生物组对抗菌处理反应的影响，研究人员以褐鳟为模型开展研究，发现年龄显著影响肠道微生物组，幼鱼更易受干扰。这为水产养殖抗生素管理提供依据。

　　

研究背景：水产养殖中的抗菌挑战与微生物组谜团

随着全球人口增长和气候变化，保障粮食安全成为重大挑战。水产养殖作为发展迅速的食品领域，2022 年全球产量达 1.85 亿吨，价值约 2960 亿美元。鲑科鱼类如大西洋鲑和各种鳟鱼，因其重要经济价值被广泛养殖。在水产养殖中，鱼的健康生长至关重要，而肠道微生物群在营养代谢、免疫平衡调节和抵御病原体定植等方面发挥着关键作用，是鱼类整体健康的关键因素。

然而，疾病爆发给水产养殖带来巨大经济损失，因此抗菌药物成为控制疾病的重要手段。氟苯尼考作为常用抗生素，在鱼类养殖中广泛应用；过氧乙酸（PAA）因低环境毒性和快速降解特性，被视为有前景的抗寄生虫和消毒剂。但广谱抗生素常导致宿主微生物组严重失调，影响宿主健康，且不同宿主年龄对微生物组对抗菌处理的反应影响尚不清楚，这在水产养殖中尤为关键，因为幼鱼免疫系统发育不完全，更易感染疾病。此外，此前也无研究关注外部 PAA 对鱼类肠道微生物群的影响。为解决这些问题，研究人员开展了此项研究，旨在揭示年龄对褐鳟肠道微生物组对抗菌处理反应的影响。

研究方法：多技术联合探索微生物奥秘

研究由德国亥姆霍兹慕尼黑中心等机构的研究人员开展。研究采用 16S rRNA 基因扩增子测序技术，对不同处理组的褐鳟粪便样本进行测序，分析微生物群落组成和多样性变化。同时，运用微生物共现网络分析，探究微生物之间的相互作用模式。实验选取一岁的幼年褐鳟和两岁性成熟的成年褐鳟，设置四个处理组：未用药对照组、氟苯尼考抗生素处理组、PAA 抗寄生虫处理组和氟苯尼考与 PAA 联合处理组。在七周的实验中，收集不同时间点的粪便样本进行分析。

研究结果：年龄差异下的微生物组变化

1. 年龄塑造未受抗生素干扰的肠道微生物组：研究发现，在未受抗生素干扰的情况下，宿主年龄显著影响褐鳟肠道微生物组的组成和结构。非度量多维缩放（NMDS）分析显示，成年和幼年褐鳟的微生物群落存在明显差异，且微生物群落随时间呈现显著振荡。成年鱼肠道中优势菌属包括希瓦氏菌、气单胞菌等，而幼年鱼中 Deefgea、Falsiporphyromonas 等菌属更为丰富。此外，成年鱼的微生物共现网络比幼年鱼更紧密，关键分类单元在网络中占据重要地位，这表明成年鱼的肠道微生物组稳定性和抗干扰能力更强。
2. 肠道微生物组对氟苯尼考和 PAA 处理的差异反应：所有处理均导致幼年褐鳟肠道细菌群落组成发生显著变化，而成年鱼的变化相对较小。NMDS 排序图显示，处理后早期（4 - 11 天），幼年鱼处理组与对照组的群落差异最为明显，而成年鱼样本的聚类模式主要受采样时间点影响。在微生物关键响应方面，幼年鱼中有 52 个 ASV 在处理组与对照组间存在显著差异，而成年鱼中仅有 9 个。例如，氟苯尼考和 PAA 处理导致幼年鱼中一些有益共生菌如鲸杆菌（Cetobacterium）和乳球菌（Lactococcus）的丰度降低，同时机会性致病菌如嗜麦芽窄食单胞菌（Stenotrophomonas maltophila）和口腔链球菌（Streptococcus oralis）的丰度增加。
3. 处理停止后微生物共现模式的改变：尽管 18 天处理停止后，微生物群落的丰度和组成大致恢复到处理前水平，但网络分析表明，微生物之间的相互作用模式仍发生了显著改变。处理后的网络中，正相互作用减少，节点连接性降低，一些潜在致病菌的网络中心性增加，如幼年鱼中嗜麦芽窄食单胞菌、希瓦氏菌和链球菌的度连接性和中介中心性显著增加。这意味着病原体可能在处理后的微生物群落中占据更具影响力的地位，影响群落的稳定性和功能。同时，一些共生菌虽然丰度恢复，但在网络中的中心地位下降，可能导致群落功能稳定性降低。

研究结论与讨论：为水产养殖提供新视角

本研究首次证实外部 PAA 应用会显著破坏褐鳟肠道微生物群落，且其影响超过氟苯尼考。研究还表明，鱼的年龄是塑造微生物群落动态的关键因素，幼年褐鳟对氟苯尼考和 PAA 处理更为敏感，处理后微生物组变化更显著且持续时间更长，这使得幼鱼更易发生微生物群落失调。

在水产养殖中，这些发现具有重要意义。一方面，应重新评估 PAA 作为抗寄生虫和消毒剂的使用，尤其是在幼鱼养殖阶段，需谨慎考虑其对微生物组的潜在破坏风险。另一方面，研究结果强调了在水产养殖管理中考虑鱼类年龄与肠道微生物群落结构关系的重要性，为制定合理的抗生素管理策略提供了依据。

此外，研究也存在一定局限性。例如，粪便样本不能完全代表肠道黏膜相关细菌群落，肠道不同区域微生物组成和活性存在差异，本研究可能忽略了这些局部影响；样本量相对较小，可能掩盖了一些处理效应。未来研究可通过增加样本量、进行区域特异性采样和功能分析等方法，进一步深入探究鱼类肠道微生物组对抗菌暴露的复杂响应，优化水产养殖的饲养管理实践，保障鱼类健康和水产养殖的可持续发展。

论文发表在《Animal Microbiome》上，为该领域的研究提供了重要参考。