酸化剂对肠炎沙门氏菌Infantis血清型生长、耐药性及pESI质粒基因组的影响及其在防控家禽多重耐药菌中的应用价值

为探究酸化剂对家禽舍中沙门氏菌Infantis血清型（S. Infantis）的防控效果，本研究评估了硫酸氢钠（SBS）和酸化硫酸铜（ACS）对其生长、抗菌素耐药性（AMR）及pESI质粒基因组成的影响。结果表明，ACS在双倍浓度下具有杀菌作用，SBS处理导致部分菌株丢失磺胺甲噁唑（SOX）和甲氧苄啶-磺胺甲噁唑（SXT）耐药基因；ACS处理显著降低垫料微宇宙中S. Infantis及pESI复制子（repB）基因丰度。该研究为酸化剂作为预收获干预措施控制家禽中多重耐药沙门氏菌提供了新见解。

　　

沙门氏菌（Salmonella enterica）是美国食源性疾病的主要细菌病因之一，尽管多年来行业和监管机构持续努力减少禽肉中的沙门氏菌污染，但与之相关的感染事件仍屡见不鲜。近年来，Infantis血清型（S. Infantis）迅速崛起，自2022年起成为美国鸡肉样品中最常分离到的沙门氏菌血清型，其成功传播与携带一个大型质粒pESI（plasmid for emerging S. Infantis）密切相关。该质粒携带多种抗菌素耐药性（AMR）基因、重金属抗性基因以及耶尔森菌素（yersiniabactin）铁载体等毒力因子，显著增强了细菌在禽类宿主中的适应性和生存优势。

家禽养殖过程中，垫料管理是控制沙门氏菌的重要环节。垫料主要由排泄物、羽毛、饲料和垫料材料组成，禽类长期与其接触，因此垫料的状态直接影响禽群健康。垫料中挥发出的氨气（NH₃）不仅危害禽类呼吸系统健康，还增加其对传染病的易感性。为降低氨挥发并抑制病原菌，养殖场常使用酸化剂如硫酸铝（alum）和硫酸氢钠（sodium bisulfate, SBS）处理垫料，通过降低pH将氨转化为铵，从而减少氨的释放。尽管以往研究表明酸化处理能有效降低大肠杆菌（Escherichia coli）和弯曲菌（Campylobacter）的检出率，但对沙门氏菌的控制效果却不一致，甚至有研究发现SBS处理后的垫料中沙门氏菌存活能力增强，这引发了对酸化剂实际防控效果的质疑。

在此背景下，美国农业部农业研究服务局（USDA-ARS）家禽研究中心的Sohyun Cho、Adelumola Oladeinde等研究人员开展了一项深入研究，旨在评估两种酸化剂——SBS和酸化硫酸铜（acidified copper sulfate, ACS）——对S. Infantis生长、存活、AMR表型及pESI质粒遗传组成的影响。该研究不仅通过体外实验分析了酸化剂对细菌生长的抑制效果，还利用垫料微宇宙模型模拟实际养殖环境，验证酸化剂的应用潜力。研究成果发表于《Letters in Applied Microbiology》，为开发新的预收获干预策略提供了重要科学依据。

为全面评估酸化剂的作用，研究人员采用了多种关键技术方法。实验菌株包括4株S. Infantis（2株携带pESI质粒，2株不携带），分别来源于雏鸡和肉鸡垫料；通过生长曲线测定（Gompertz模型拟合）分析在不同处理条件下（LB培养基中添加SBS、ACS或其组合）的滞后期和最大生长量；利用肉汤微量稀释法进行抗菌药敏感性试验（AST），检测磺胺类、四环素类等药物的最低抑菌浓度（MIC）；通过定量PCR（qPCR）和全基因组测序（PacBio长读长、Illumina短读长及牛津纳米孔测序）分析AMR基因（sul1、dfrA14）的存在与否及pESI质粒结构变异；此外，还设计了垫料微宇宙实验，接种菌株后施加SBS或ACS，通过培养法和qPCR监测沙门氏菌及其质粒的存活情况。

研究结果丰富且多层次地揭示了酸化剂对S. Infantis的影响：

一、酸化剂对S. Infantis生长的影响

在LB培养基中，添加推荐浓度的SBS或ACS对S. Infantis产生抑菌作用，延长滞后期，但不影响最大生长量；其中SBS在pH4条件下滞后期长达26–33小时，表明细菌需要更长时间适应酸性环境。而双倍浓度的ACS（pH3.78）则表现出杀菌效果，完全抑制细菌生长。值得注意的是，携带pESI质粒的菌株（pESI+）与不携带的菌株（pESI-）在最大生长量和滞后期上无显著差异，说明pESI质粒在当前实验条件下未带来明显的生长优势或负担。

二、酸化剂对AMR表型及基因组成的影响

抗菌药敏感性测试发现，pESI-菌株对所有测试药物均敏感，且表型稳定；而pESI+菌株则出现了AMR表型的变化。其中，菌株H2-3A-062921（原对CHL、NAL、TET、SXT耐药）的部分进化分离株在SBS处理下失去了对SXT的耐药性，另一些在ACS与SBS联合处理时对SOX的MIC升高；菌株H2-4B-110821（原对CHL、NAL、SOX、TET耐药）在SBS处理下多数分离株对SOX的MIC降低。通过qPCR和基因组测序进一步验证，这些表型变化与AMR基因sul1（磺胺类耐药）和dfrA14（甲氧苄啶耐药）的丢失或拷贝数变化相关。例如，SBS处理倾向于选择丢失sul1或dfrA14基因的菌株，从而降低其对磺胺类药物的耐药性。

三、pESI质粒遗传结构的比较

两个pESI+菌株的质粒结构高度相似，但H2-4B-110821缺失了一个包含转座酶、II型整合子整合酶（intI2）及dfrA14基因的区域，这解释了其对SXT不耐药的原因。通过进化分离株的测序分析，发现pESI质粒在酸化剂压力下可能出现单核苷酸多态性（SNP）或结构变异，但sul1基因在所有分离株中均存在，其检测差异可能源于质粒拷贝数或基因表达水平的变化。

四、微宇宙实验中酸化剂对垫料中S. Infantis的抑制效果

在垫料微宇宙模型中，ACS处理（10g/kg垫料）显著降低了pESI+菌株的ttr基因（沙门氏菌特异性标记）和repB基因（pESI复制子）的丰度（P<0.05），表明ACS对携带pESI的S. Infantis具有选择性抑制作用。与之相比，SBS处理虽降低了垫料pH，但对菌株存活的影响不显著。进一步相关性分析显示，垫料湿度、水活度与菌株存活呈正相关，而pH与菌株丰度负相关，提示ACS的杀菌效果可能与其酸性及铜离子毒性相关。

综上所述，本研究系统阐明了酸化剂SBS和ACS对S. Infantis的抑制效果及机制。ACS在较高浓度下可有效杀灭S. Infantis，并通过影响垫料环境参数（如pH、湿度）选择性抑制pESI+菌株的存活；SBS则主要通过延长细菌滞后期和诱导AMR基因丢失发挥抑菌作用。这些发现不仅深化了对酸化剂作用模式的理解，还为家禽养殖中防控多重耐药沙门氏菌提供了实践指导：ACS可作为预收获干预措施，用于垫料处理以减少S. Infantis的传播风险。然而，研究也指出，酸化剂的实际效果可能受菌株遗传背景、环境因素等影响，因此未来需开展更大规模的现场试验验证其应用潜力。该研究为开发可持续、高效的禽类病原控制策略奠定了重要基础，对保障食品安全和公共卫生安全具有重要意义。