野生肠道微生物组通过优先效应抑制家养青鳉鱼中潜在机会致病菌 Aeromonas 的定殖

《Animal Microbiome》：Wild gut microbiome suppresses the potentially opportunistic pathogen Aeromonas in medaka under domesticated rearing conditions

本研究针对家养鱼类肠道菌群失调、机会致病菌Aeromonas过度增殖的问题，通过比较家养与野生青鳉鱼(Oryzias latipes)肠道微生物组，并结合饲养实验和微生物移植技术，揭示了野生鱼类肠道微生物组可有效抑制Aeromonas的定殖。研究发现家养青鳉鱼肠道微生物多样性显著降低，而Aeromonas比例高达23.8%，其中88.6%的分离株具有溶血活性；而将野生青鳉鱼置于家养环境中或通过沉积物微生物预处理，均可有效抑制Aeromonas的过度生长。该研究为水产养殖中利用环境微生物控制机会性病原体提供了新策略。

　　

在动物体内，尤其是在肠道中，存在着一个庞大而复杂的微生物群落，这些微生物与宿主之间形成了密切的共生关系，深刻地影响着宿主的代谢、免疫以及对环境的适应能力。然而，当动物从自然环境转移到人工饲养环境后，其肠道微生物组往往会发生显著变化，这种变化可能导致微生物多样性降低、菌群结构失衡，甚至增加对疾病的易感性。鱼类作为研究宿主-微生物相互作用的理想模型，其肠道微生物组同样受到环境因素的强烈影响。与野生鱼类相比，家养鱼类通常生活在受控的环境中，食物来源单一，与自然环境中的微生物库接触有限，这常常导致其肠道微生物多样性下降。一个尤为值得关注的现象是，在家养淡水鱼类的肠道中，气单胞菌属（Aeromonas）这类常见的机会致病菌常常会成为优势菌群，这无疑增加了鱼类患病的风险。然而，野生鱼类肠道微生物组是否具有抑制此类机会致病菌的能力，以及其背后的机制是什么，仍然是悬而未决的问题。

为了深入探究这一问题，由北海道大学、产业技术综合研究所（AIST）等机构的研究人员组成的团队，在《Animal Microbiome》上发表了他们的最新研究成果。研究以青鳉鱼（Oryzias latipes species complex）为模型，系统地比较了来自日本多个实验室、宠物店和溪流的48尾家养青鳉和122尾野生青鳉的肠道微生物组。研究人员运用了16S rRNA基因扩增子测序（使用MiSeq和iSeq平台）、定量PCR（qPCR）、细菌分离培养、溶血活性测定以及统计学分析（包括PERMANOVA、GLMM、LEfSe和共现网络分析）等关键技术方法。他们设计了巧妙的饲养实验：其一是将野生青鳉置于家养条件下饲养30天，观察其肠道菌群变化；其二是先用抗生素清除家养青鳉的原有肠道菌群，然后用野生青鳉栖息地的沉积物微生物进行预处理，再将其置于含有Aeromonas的家养环境中饲养，检验沉积物微生物能否抑制Aeromonas的定殖。

野生与家养青鳉鱼肠道微生物组存在显著差异

研究结果显示，野生青鳉鱼的肠道微生物组具有显著更高的香农（Shannon）多样性指数，表明其微生物群落均匀度更高。在门水平上，野生青鳉除了拥有丰富的变形菌门（Proteobacteria）外，还包含了浮霉菌门（Planctomycetes）、疣微菌门（Verrucomicrobia）、厚壁菌门（Firmicutes）等多个在家养青鳉中比例较低的门。相反，家养青鳉的肠道微生物多样性较低，且其群落结构与野生青鳉存在显著差异（PERMANOVA: F=42.043, r2=0.200, p=0.001）。线性判别分析（LEfSe）进一步揭示，家养青鳉肠道中特异性地富集了Aeromonas、Cetobacterium和Flavobacterium等属，而野生青鳉则特异性地富集了Diplorickettsia、Luteolibacter和Aquisphaera等属。值得注意的是，Aeromonas在家养青鳉肠道菌群中的比例（平均值±标准差=23.8% ± 14.8%）远高于野生青鳉（0.5% ± 1.2%），并且其在家养青鳉个体间的变异系数（CV）最低，表明其优势地位非常稳定。

家养青鳉肠道中的Aeromonas具有潜在致病性

通过对家养青鳉（D8组）肠道内容物进行细菌分离培养，研究人员获得了35株Aeromonas菌株。溶血活性测定发现，其中高达88.6%（31/35株）的菌株具有溶血活性。系统发育分析表明，这些菌株包括A. veronii和A. dhakensis等种类。值得注意的是，部分分离株（如A. veronii KK93和A. dhakensis KK125）的溶血活性甚至强于从银鲑鱼肠道中分离的A. hydrophila NBRC13286标准菌株，这提示家养青鳉肠道中富集的Aeromonas具有潜在的致病风险。

野生青鳉在家养环境下仍能抵抗Aeromonas定殖

在第一个饲养实验中，研究人员将来自四个不同地点的野生青鳉（W10-W13组）置于与家养青鳉（D5组）相同的条件下饲养30天（形成DW10-DW13组）。结果发现，尽管饲养环境相同，但DW组青鳉的肠道微生物组结构与D5组存在显著差异（PERMANOVA: F=25.626, r2=0.50618, p<0.05）。更重要的是，DW组肠道中Aeromonas的比例（0.1% ± 0.1%）仍然极低，显著低于D5组（26.5% ± 12.0%），甚至低于其野生来源时的水平（0.8% ± 1.6%）。这表明，野生青鳉固有的肠道微生物组能够有效抵抗家养环境中Aeromonas的入侵和过度增殖。

环境微生物预处理可有效抑制Aeromonas定殖

在第二个饲养实验中，研究人员先使用抗生素处理家养青鳉（D8组），使其肠道菌群几乎被清除（菌落形成单位CFUs降至处理前的1/10,000以下）。随后，将这些“无菌化”的青鳉分别置于添加了不同野生青鳉栖息地沉积物的水中预处理一周（形成DS6, DS12, DS14, DS15组），然后再转移到含有Aeromonas的家养系统水体中饲养三周。结果显示，与未经过沉积物预处理、最终肠道被Aeromonas主导的对照组（C组，Aeromonas比例61.3% ± 12.5%）相比，经过沉积物预处理的DS组青鳉肠道中Aeromonas的比例极低（1.3% ± 2.2%）。DS组的肠道菌群主要由来自沉积物的Pirellula、Aquisphaera和Luteolibacter等菌属所主导。共现网络分析进一步揭示，Aeromonas与Pirellula、Aquisphaera和Luteolibacter之间存在强烈的负相关关系（相关系数低至-0.93），而后三者之间则呈现正相关。这强有力地说明，通过预处理引入的特定环境微生物（尤其是Pirellula, Aquisphaera, Luteolibacter）可能通过优先效应（Priority effect）和/或直接的拮抗作用，成功地排挤了Aeromonas，阻止了其在家养青鳉肠道中的定殖优势。

本研究通过严谨的比较分析和巧妙的实验设计，证实了野生青鳉鱼肠道微生物组在家养环境下对潜在机会致病菌Aeromonas的抑制能力。这种抑制作用的实现，很大程度上归因于从自然栖息地（如沉积物）获得的特定微生物类群（如Pirellula, Aquisphaera, Luteolibacter）所引发的优先效应。这一发现具有重要的理论价值和实践意义。在理论上，它深化了我们对不同生活环境如何塑造宿主肠道微生物组功能，以及微生物群落如何通过种间相互作用影响特定成员（如机会致病菌）定殖的理解。在实践上，该研究为水产养殖业提供了全新的疾病防控思路。传统的养殖模式往往追求无菌或低菌环境，但这反而可能为像Aeromonas这样的机会致病菌提供了生态位。本研究启示我们，主动地、有控制地将有益的环境微生物引入养殖系统，或许能够构建一个更健康、更稳定、更能抵抗病原体入侵的鱼类肠道微生态系统，从而减少对抗生素的依赖，推动水产养殖向更加可持续的方向发展。未来的研究可以着眼于分离和鉴定这些具有拮抗Aeromonas能力的关键有益菌株，并深入解析其作用机制，为开发新型微生物制剂奠定基础。