多组学监测揭示抗生素治疗对仔猪肠道微生物组转录组和耐药组的差异化影响

本研究针对养猪业中抗生素使用导致的耐药性(AMR)问题，采用宏基因组(MAGs)和宏转录组学技术，系统分析了不同抗生素治疗方案对断奶仔猪肠道微生物组转录组和耐药组的影响。研究发现庆大霉素(G4)能快速抑制细菌蛋白合成，而持续使用阿莫西林(GG)显著增加β-内酰胺类和氨基糖苷类耐药基因(ARGs)表达，为优化抗生素使用策略提供了重要依据。

　　

抗生素耐药性已成为全球公共卫生的重大威胁，而在畜牧业中，抗生素不仅用于治疗感染，还曾被广泛用作生长促进剂。尽管欧盟已禁止将抗生素作为饲料添加剂，但在仔猪断奶期，抗生素仍是控制断奶后腹泻(PWD)的主要手段。这一关键生长阶段，肠道微生物组的剧烈变化与腹泻易感性密切相关，而抗生素的使用又会进一步影响微生物群落结构和功能，可能加速耐药基因(ARGs)的传播。因此，深入了解不同抗生素治疗方案对仔猪肠道微生物组转录组和耐药组的差异化影响，对实现"同一个健康"目标具有重要意义。

来自挪威生命科学大学等机构的研究团队Judith Guitart-Matas等人开展了一项创新性研究，通过结合宏基因组和宏转录组学技术，系统分析了7种不同PWD治疗方案对仔猪肠道微生物组的影响。研究结果发表在《Animal Microbiome》上，揭示了不同抗生素治疗方案对微生物组功能和耐药性的差异化影响，为优化抗生素使用策略提供了重要依据。

研究采用了宏基因组组装基因组(MAGs)构建和宏转录组分析等关键技术。从280个粪便样本中提取DNA进行宏基因组测序，构建了包含1,396个非冗余MAGs的参考数据库；同时从140个样本提取RNA进行宏转录组测序，通过Kallisto软件将转录本映射到MAGs数据库进行差异表达分析。样本来自210头仔猪，分为7个处理组：甲氧苄啶/磺胺甲恶唑(G1)、粘菌素(G2)、口服疫苗(G3)、庆大霉素(G4)、酸化水对照组(G5)、未处理对照组(G6)和持续阿莫西林处理组(GG)，在断奶前(ST1)、处理后3天(ST2)和4周(ST4)三个时间点采集样本。

宏基因组组装基因组(MAGs)目录构建

研究团队通过单样本组装和分组共组装策略，最终获得了1,396个高质量非冗余MAGs，其中57.74%达到高质量标准(>90%完整性，<5%污染)。这些MAGs主要属于厚壁菌门(Bacillota)和拟杆菌门(Bacteroidota)，但也包含大量未分类细菌。功能注释显示这些MAGs具有丰富的代谢潜能，73.35%的MAGs含有抗生素降解相关功能基因。值得注意的是，在基因组水平仅检测到84个ARGs，远低于reads水平检测到的数量，表明组装过程可能丢失部分耐药基因信息。

差异基因表达分析

宏转录组数据分析发现，庆大霉素处理组(G4)在治疗后3天(ST2)出现显著差异表达基因(DEGs)，其中25.68%为假设蛋白，15.57%为核糖体相关蛋白(主要是30S和50S亚基)。这些变化反映了庆大霉素通过结合30S核糖体亚基快速抑制细菌蛋白合成的机制。相比之下，持续阿莫西林处理组(GG)在治疗后4周(ST4)出现大量上调基因，其中许多与抗生素耐药相关，如外排泵和多药耐药蛋白。

耐药组表达谱

研究发现50%的ARGs在转录水平活跃表达，其中对大环内酯类、四环素类和氨基糖苷类耐药的基因表达最为丰富。持续阿莫西林处理组(GG)在治疗后4周表现出氨基糖苷类(ant(6)-Ia等)和β-内酰胺类(cfxA等)耐药基因表达显著增加。而所有处理组的ARGs表达在断奶后均有所下降，可能与微生物群落结构变化有关。

宏基因组与宏转录组数据相关性

通过Procrustes分析发现，宏基因组和宏转录组数据在整体耐药谱上具有较高相关性(R=0.79)。23个ARGs在两套数据中呈现正相关，其中aph(3')-Ib等7个基因相关性最强(>0.8)。

这项研究通过创新的多组学方法，系统揭示了不同抗生素治疗方案对仔猪肠道微生物组转录组和耐药组的差异化影响。研究发现庆大霉素能快速但可逆地改变微生物转录组，而持续阿莫西林治疗则导致长期耐药性增强。特别值得注意的是，研究构建的高质量MAGs目录为后续研究提供了宝贵资源，而宏转录组数据首次揭示了仔猪肠道中活跃表达的耐药组特征。这些发现为制定更精准的抗生素使用策略提供了科学依据，对减少畜牧业抗生素滥用、控制耐药性传播具有重要意义。研究也提示，在评估抗生素对微生物组影响时，需要同时考虑基因组潜力和实际转录活性，才能全面了解其生态和健康风险。