鸡肠道菌群胆汁酸代谢功能的基因组解析及其与沙门氏菌和艾美耳球虫感染的关联研究

《Frontiers in Veterinary Science》：Genome-centric investigation of bile acid-metabolizing microbiota in chickens and their association with Eimeria tenella and Salmonella typhimurium infections

本研究通过基因组解析方法系统揭示了鸡肠道菌群中胆汁酸（BA）代谢功能的空间分布特征及宿主特异性，发现BSH基因在鸡体内的丰度显著高于人类和猪，而次级BA合成关键酶baiB存在功能瓶颈。病原体感染（沙门氏菌/艾美耳球虫）会特异性改变BA代谢菌群结构，为靶向调控禽类肠道健康提供了新视角。

　　

基因组解析揭示鸡肠道菌群胆汁酸代谢图谱

引言

胆汁酸（BA）作为胃肠道生理的关键调节因子，在营养吸收、免疫调节和病原体抵抗中发挥核心作用。肠道微生物通过胆汁盐水解酶（BSH）、7α-羟基类固醇脱氢酶（7α-HSDH）等酶介导的脱结合、氧化和脱羟基反应，调控胆汁酸的结构转化与信号功能。尽管哺乳动物（如人类和猪）的BA-菌群互作研究较为深入，但禽类尤其是鸡（Gallus gallus domesticus）的BA代谢微生物特征仍存在知识空白。鸡独特的消化道结构（如快速食糜转运和成对盲肠）形成了特殊的微生物生态位，而沙门氏菌（Salmonella typhimurium）和艾美耳球虫（Eimeria tenella）感染对BA代谢轴的扰动机制尚不明确。

材料与方法

研究团队从实验室内部数据库获取25,827个微生物基因组，结合135份鸡肠道不同区域（十二指肠、空肠、回肠、盲肠和结直肠）样本进行深度分析。通过fastp进行质控、Bowtie2去除宿主序列，使用CheckM2筛选完整性≥80%且污染率≤5%的高质量基因组。利用dRep进行99%平均核苷酸一致性（ANI）去冗余，最终获得9,990个非冗余高质量基因组。功能注释通过Prodigal预测开放阅读框（ORFs），DIAMOND比对KEGG数据库提取BA代谢相关KEGG Orthologs（KOs）。统计分析采用R语言vegan包计算多样性指数，PCoA和PERMANOVA评估β多样性差异。

结果

基因组特征与BA代谢潜能

9,990个基因组涵盖23个门、192个科和708个属，优势门为Bacillota_A（39.62%）、Bacteroidota（18.24%）和Bacillota（12.59%）。80.17%的基因组携带BA代谢相关基因，其中4,186个编码BSH，分布遍及12个门（以Bacteroidota、Bacillota_A和Bacillota为主）。而次级BA合成关键酶7α-HSDH和baiB的编码基因组显著减少，分别仅存在于9个和3个门中，表明鸡肠道菌群的BA代谢存在"脱结合广泛但下游转化受限"的功能瓶颈。

宿主特异性比较

与人类（2,294个MAGs）和猪（1,411个MAGs）相比，鸡肠道菌群的BSH基因比例最高，但baiA（K22605）基因丰度最低。Bacillota_A在三种宿主中均为优势BA代谢门，但鸡肠道中Ligilactobacillus、Alistipes等BSH携带属的丰度显著高于其他宿主。

区域特异性分布

肠道不同区域的微生物多样性差异显著，盲肠和结肠的Shannon指数和物种丰富度均高于小肠。Bacillota_A在小肠富集，而Bacillota和Bacteroidota在盲肠/结肠占主导。BSH基因携带属（如Ligilactobacillus和Limosilactobacillus）在小肠丰度较高，提示脱结合活动主要发生于胆汁分泌近端区域。

病原体感染的影响

沙门氏菌感染后，Bacillota_A显著富集而Pseudomonadota减少，BSH基因多样性和7α-HSDH丰富度降低，微生物群落结构发生重构。艾美耳球虫感染则导致物种丰富度增加但群落均匀度下降，BSH基因功能多样性受损，有益菌如Lactobacillus crispatus显著减少。

讨论

本研究首次通过大规模基因组解析揭示鸡肠道BA代谢菌群的空间分异和功能特性。BSH基因的广泛分布与次级BA合成酶的稀缺形成鲜明对比，这一特征可能影响禽类脂质代谢效率和免疫调节功能。病原体感染通过特异性改变BA代谢菌群结构（如沙门氏菌降低BSH多样性，艾美耳球虫减少功能冗余），进一步佐证了BA-菌群轴在宿主-病原体互作中的核心地位。未来可通过补充次级BA（如猪源Hyodeoxycholic acid）或靶向益生菌干预，突破微生物代谢瓶颈，为禽类肠道疾病防控提供新策略。

结论

鸡肠道菌群具备高度专业化的BA代谢能力，但其功能受空间分布、宿主特异性和病原体感染的共同调控。解析这一复杂网络为开发微生态制剂、精准营养方案及抗生素替代策略奠定了理论基础。