噬菌体鸡尾酒饮水给药：抑制蛋鸡系统感染与器官病理，改善总体健康与福祉

《Current Research in Microbial Sciences》：Bacteriophage cocktail in drinking water suppresses systemic avian pathogenic Escherichia coli infection and pathology in laying hens

本研究聚焦于抗菌药物耐药性日益严重的家禽业，评估了一种由Tequatrovirus、Sashavirus和未分类Caudoviricetes组成的噬菌体鸡尾酒，通过饮水或肌肉注射给药，在预防高致病性禽致病性大肠杆菌（APEC）感染中的功效。研究证明，饮水给药不仅能将病死率从20%降至0，显著降低发病率，还能有效减轻器官病理损伤，改善鸡只整体健康，且不影响盲肠菌群结构，为控制家禽大肠杆菌病提供了一种安全、有效且便于规模化应用的抗生素替代方案。

　　

在现代养禽业中，由禽致病性大肠杆菌（Avian pathogenic Escherichia coli， APEC）引发的大肠杆菌病是一种危害巨大的系统性细菌感染，常导致家禽（包括蛋鸡）出现气囊炎、心包炎、输卵管炎等多种病变，造成高发病率和死亡率，严重影响产蛋率和动物福利。更棘手的是，APEC对抗生素的耐药性日益普遍，而公众健康和动物福利法规又促使人们减少或限制预防性抗生素的使用。与此同时，改善动物福利的大型养殖模式虽然提升了鸡只的生活空间，却可能增加其对包括APEC在内的病原体的易感性。疫苗保护范围有限，益生菌起效慢，这使得寻找有效的替代控制策略变得尤为迫切。

为此，来自加拿大卡尔加里大学的研究人员将目光投向了被称为“细菌杀手”的噬菌体。噬菌体是特异性感染细菌的病毒，有望在不影响有益菌群的情况下精准消灭病原菌，是应对耐药菌感染的有力候选者。本研究旨在填补一个重要知识空白：探究由三种噬菌体（Tequatrovirus ASO78A、Sashavirus ASO78B和未分类Caudoviricetes AVIO78A）组成的鸡尾酒，通过最便于规模化应用的饮水（Drinking Water， DW）途径给药，能否在成年蛋鸡体内有效预防APEC的系统性感染，同时评估其对内脏器官的保护作用以及对肠道菌群的影响。该研究成果已发表在《Current Research in Microbial Sciences》期刊。

为回答上述科学问题，研究团队主要采用了以下关键技术方法：1. 体外时间-杀伤试验，评估不同噬菌体组合及不同感染复数（MOI）对APEC O78菌株的生长抑制效果，以筛选最优鸡尾酒配方（MOI = 100）。2. 动物感染模型建立，使用经骨髓分离传代增强毒力的APEC O78菌株（ECL24324，携带多种毒力基因），对无特定病原体（SPF）的25-27周龄白来航蛋鸡进行静脉攻毒，确定致病剂量。3. 噬菌体疗效研究，将蛋鸡分为健康对照、APEC攻毒对照、肌肉注射（IM）噬菌体预防组和饮水（DW）噬菌体预防组，系统比较不同处理对死亡率、临床症状、体重变化、脏器病变（宏观及组织病理学评分）以及从血液和器官中回收APEC和噬菌体数量的影响。4. 微生物组分析，通过对盲肠内容物进行16S rRNA基因测序（V4区，基于Illumina MiSeq平台），分析噬菌体处理对肠道菌群α多样性和β多样性的影响。

3. 结果

3.1. 时间-杀伤试验确定用于体内研究的最佳噬菌体和MOI

时间-杀伤试验表明，与单一噬菌体或双噬菌体组合相比，三噬菌体鸡尾酒（ASO78A+ASO78B+AVIO78A）在MOI=100时能完全抑制APEC O78的生长，显示出最强的抑菌效果和累积抑制能力，因此被选为后续体内试验的配方。

3.2. 噬菌体鸡尾酒对APEC感染死亡率和临床症状的影响

感染模型试验显示，高剂量（10⁸CFU/mL）和极高剂量（10⁹CFU/mL）APEC攻毒可导致蛋鸡死亡率高达70%和80%，并出现严重抑郁等临床症状。在噬菌体疗效研究中，APEC攻毒对照组的死亡率为20%，而无论是通过饮水（DW）还是肌肉注射（IM）给予噬菌体鸡尾酒，均将死亡率降为0。在临床症状方面，饮水给药的噬菌体组鸡只的抑郁评分显著低于APEC攻毒对照组，表现出更好的保护效果。

3.3. 噬菌体鸡尾酒对体重和相对器官重量的影响

APEC感染导致蛋鸡体重显著下降和多个器官（心、肝、脾）的相对重量增加（肿大）。噬菌体治疗，特别是饮水给药，减轻了体重损失的趋势，并有效防止了肝脏的肿大，但对脾脏的肿大和生殖器官（卵巢、输卵管）的退化现象改善有限。

3.4. 噬菌体鸡尾酒对病理学和病理组织学损伤的影响

宏观病变分析发现，高剂量APEC感染组有21.7%-36.7%的器官出现肉眼可见的病变（如卵巢退化、心包炎、输卵管炎等）。饮水给药的噬菌体组完全未观察到宏观病变，而肌肉注射组则与APEC攻毒对照组类似，仍有11.7%的器官受损。

组织病理学分析提供了更敏感的证据。高剂量APEC感染导致肝脏出现干酪样肉芽肿、脾脏纤维蛋白样坏死、肺部支气管炎和心脏心包炎等严重微观病变。饮水给药的噬菌体组显著减轻了这些病变的严重程度，尤其是在脾脏（病变评分降低最显著，p = 0.006）。而肌肉注射噬菌体组各器官的微观病变严重程度与APEC攻毒对照组相近。

3.5. 噬菌体鸡尾酒对器官和拭子中APEC回收率的影响

在感染模型中，从高剂量APEC感染组鸡只的器官（尤其是脾脏）中能高频率地回收到大量APEC。在噬菌体疗效研究中，从器官匀浆中回收APEC的阳性率在各组间无显著差异，但菌落计数分析显示，肌肉注射噬菌体组的细菌载量显著低于APEC攻毒对照组。值得注意的是，在所有接受噬菌体治疗的鸡只中，均未从血液中检测到APEC。

3.6. 噬菌体鸡尾酒对噬菌体在器官中存活和分布的影响

从接受噬菌体治疗的鸡只器官中均能回收到噬菌体，且饮水组和肌肉注射组在各个器官中的噬菌体浓度没有显著差异。在饮水组鸡只的所有被检组织（除血液外）中均检测到了1.3-2.1 log₁₀PFU/g的噬菌体，表明噬菌体通过消化道吸收后能够分布到全身并定植于感染部位。

3.7. 噬菌体鸡尾酒对盲肠微生物组的影响

通过对盲肠内容物的16S rRNA基因测序分析发现，无论是饮水还是肌肉注射噬菌体，均未显著改变盲肠菌群的整体结构（β多样性）或种群丰度（α多样性）。这表明该噬菌体鸡尾酒在发挥治疗作用的同时，没有破坏肠道共生的有益菌群。

结论与讨论

本研究系统评估了一种三噬菌体鸡尾酒通过饮水给药预防蛋鸡APEC O78系统性感染的功效。主要结论是：首先，饮水给予该噬菌体鸡尾酒能够完全预防APEC感染导致的死亡，显著降低发病率和临床症状，并在减轻体重损失方面显示出优于肌肉注射给药的潜力。其次，饮水给药能有效防止APEC引起的肉眼可见器官病变，并显著减轻组织病理学损伤，尤其是在脾脏的保护效果最为突出。第三，噬菌体通过饮水摄入后，能够有效分布到全身主要器官，并在组织中持续存在。第四，也是至关重要的一点，该噬菌体治疗未对蛋鸡的盲肠微生物群结构造成扰动，体现了其高度的特异性。

这项研究的意义在于，它不仅证明了噬菌体疗法在成年产蛋鸡这一重要但研究相对不足的禽类群体中的有效性，更重要的是，它验证了通过饮水这一最便捷、最易于大规模应用的给药途径的可行性。这克服了注射给药在大规模养殖中不切实际的局限性，为将噬菌体疗法转化为实际的家禽疾病防控工具铺平了道路。研究同时结合了临床指标、深度病理学分析和微生物组评估，为全面评价噬菌体疗效提供了多维度的证据链。综上所述，这种通过饮水给药的噬菌体鸡尾酒方案，为解决日益严峻的抗菌药物耐药性危机，提供了一种能改善动物健康与福利、保护内脏器官免受侵害且不破坏肠道微生态的有效替代策略，具有重要的理论价值和广阔的应用前景。