桡足类肠道微生物群通过生物转化途径解毒拟菱形藻属软骨藻酸的作用机制

本研究针对拟菱形藻属（Pseudo-nitzschia, PSN）产生的神经毒素软骨藻酸（Domoic Acid, DA）对海洋生态系统的威胁，通过多组学技术揭示了桡足类（Acartia erythraea）肠道微生物群通过厌氧和好氧生物转化途径（涉及β-氧化、脱羧、脱氢等关键步骤）降解DA的机制，发现Aureispira sp.、Oceanospirillum sp.和Tenacibaculum sp.为核心解毒菌属，为理解海洋食物网中毒素转移及浮游生物适应性提供了重要理论依据。

　　

在海洋生态系统中，拟菱形藻属（Pseudo-nitzschia, PSN）是一类广泛存在的羽纹硅藻，其中部分物种能够产生强烈的神经毒素——软骨藻酸（Domoic Acid, DA）。DA可通过食物链传递，导致海洋哺乳动物、鸟类甚至人类的中毒和死亡，引发记忆性贝类中毒（Amnesic Shellfish Poisoning, ASP）。近年来，中国沿海水域PSN藻华频发，仅香港地区自2009年以来就记录了超过20起PSN藻华事件，最大一次影响范围达150平方公里，对渔业和生态造成严重破坏。尽管DA对高等生物具有显著毒性，但作为PSN直接消费者的桡足类（如Acartia erythraea）却表现出较强的耐受性。以往研究推测，其肠道微生物群可能在解毒过程中发挥关键作用，但具体机制尚未明确。

为探究这一问题，Li等人在《BMC Microbiology》上发表的研究中，通过生理实验与多组学技术（包括16S rRNA扩增子测序和宏转录组分析），系统研究了A. erythraea摄食有毒PSN（P. cuspidata）和非有毒PSN（P. brasiliana）后的响应机制。

本研究主要采用以下技术方法：通过抗生素处理构建无菌桡足模型验证肠道菌群功能；使用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）检测DA含量；利用流式细胞术定量菌群丰度；结合16S V4区扩增子测序和宏转录组分析（NovaSeq 6000平台）解析微生物群落结构及基因表达谱；通过KEGG数据库注释代谢通路。实验所用桡足类样本采集自香港Port Shelter海域，藻类分离自广东沿海。

结果

Gut microbiota enhance the survival of A. erythraea on the DA diet

生理实验表明，摄食DA饮食的桡足类虽摄入率下降、呼吸率上升，但存活率未受影响；而经抗生素去除肠道菌群后，其存活率显著降低，证实肠道微生物群是DA解毒的关键因素。

DA diet alters the gut microbiota composition of A. erythraea

16S rRNA分析显示，有毒饮食条件下肠道菌群结构发生显著变化，Aureispira sp.、Oceanospirillum sp.和Tenacibaculum sp.的相对丰度显著上升，这些菌属被认定为潜在DA解毒核心分类单元。

Molecular responses of the gut microbiota of A. erythraea under DA diet

宏转录组分析进一步揭示，在DA饮食下，微生物群显著上调了与DA生物转化相关的基因，包括ACS长链酰基辅酶A合成酶（ACSL）、脂肪酸β-氧化相关基因（fadI, fadJ, fadN）、脱羧酶基因（panD）、脱氢酶基因（adhP）、羧化酶基因（pyc）以及氧化还原酶基因（nqrA, nqrF）。这些基因参与两条已知的DA转化途径：厌氧途径（通过脱羧、脱氢、羧化及β-氧化将DA转化为无毒的P215化合物）和好氧途径（依赖Na⁺-转位NADH-醌氧化还原酶催化氧化过程）。此外，谷胱甘肽S-转移酶（GST）基因的上调表明相II解毒机制也可能参与DA代谢。

讨论与结论

本研究首次从生理和分子层面证实了桡足类肠道微生物群在DA解毒中的核心作用。通过多种菌属的协同代谢，DA被转化为低毒或无毒产物，显著增强了宿主对有毒藻类的适应性。这一发现不仅深化了对海洋食物网中毒素转移机制的理解，也为后续利用微生物策略缓解藻华毒害提供了理论依据。此外，研究中所鉴定的关键菌属（如Aureispira sp.、Oceanospirillum sp.）和代谢通路（如脂肪酸降解、氧化磷酸化）可为开发DA生物修复技术提供候选菌种和分子靶点。该成果发表于《BMC Microbiology》，对海洋生态学、环境微生物学及有害藻华管理均具有重要科学价值。