2017-04-28
派森諾生物與華東師范大學合作，在《Fish & Shellfish Immunology》（最新影響因子：3.025）發表文章，探討不同濃度的硫化物對于凡納濱對蝦腸道的健康影響及腸道菌群的毒性作用。
1 研究背景
硫化物是常見的水體有毒污染物之一，其主要來源之一是水生動物的代謝物、殘骸等有機物通過厭氧條件下被微生物分解利用時產生的，所以在水生環境中，其普遍存在于水和底部沉積物之中。凡納濱對蝦的糠蝦期階段生活在水域底部，不可避免的會受到底部沉積物中硫化物污染的影響。
動物腸道是食物儲存、消化和營養吸收的重要器官，而腸道中定植的大量微生物與宿主之間同樣存在著復雜的共生、共代謝及共同演化的關系。目前動物腸道的炎癥狀態及完整性已被用于評估動物腸道的健康狀況，另外穩定的腸道菌群對于宿主的健康狀況同樣重要。本研究目的是通過腸道組織學、炎癥和免疫相關因子表達以及腸道微生物在不同硫化物濃度下的相應變化，探討硫化物對于腸道健康及腸道菌群的毒性作用。
2 研究方法
測序技術：Illumina MiSeq高通量測序平臺
測序模式：微生物組16S rRNA基因V4-V5區測序
樣本來源：凡納濱對蝦腸道
實驗設計：對照組（control）5個樣本、低硫處理組（425.5 μg/L）5個樣本、高硫處理組（851 μg/L）5個樣本
3 研究結果
3.1 腸組織學研究
通過對不同硫化物濃度處理后的凡納濱對蝦腸道在顯微鏡下觀察，（a）對照組蝦腸上皮細胞排列緊密，細胞間隙清晰，腸壁由高柱狀上皮組織組成；（b）在低濃度硫化物環境中，蝦部分腸上皮細胞與腸壁間存在空隙，且部分腸上皮細胞與基底膜處于分離狀態；（c）在高濃度硫化物環境中，腸上皮細胞與基底膜完全處于分離狀態
3.2 四種炎癥因子的基因表達
利用實時熒光定量PCR技術，對MSTN、HSF1、TNF-α以及CTL3四種炎癥因子的表達量進行相對定量，其中（a）MSTN因子在低硫處理組與高硫處理組中表達量顯著下調；（b）HSF1因子在高硫處理組中表達量顯著上調；（c）TNF-α與（d）CTL3兩種因子分別在低硫處理組中表達量顯著上調，但在高硫處理組中顯著下調；
3.3 腸道菌群數據分析
MiSeq平臺每個樣本平均產出34962條序列，利用GraPhlAn構建菌群結構分類等級樹，以不同顏色區分各分類單元，并通過節點大小反映它們的豐度分布情況，從復雜的群落數據中快速發現優勢的微生物類群，其中Proteobacteria在不同分類等級微生物類群中豐度最高
Venn圖展示不同硫化物濃度分組中共有及特有OTU分布情況，其中三個組共有OTU的數量為664，與對照組C進行比較，低硫處理組L與高硫處理組H分別有47和92個OTU是各組獨有的
熱圖展示不同硫化物濃度分組中凡納濱對蝦腸道屬水平物種豐度分布情況，其中Propionigenium、Ferrimonas、Vibrio與Photobacterium在硫化物處理組中的相對豐度要高于對照組；Planctomyce與Microbacterium在對照組中的相對豐度要高于兩個硫化物處理組
門水平主要細菌在對照組與低硫處理組以及對照組與高硫處理組中相對豐度比較，其中Cyanobacteria在低硫處理組與高硫處理組中相對豐度均顯著高于對照組，但這兩個組均不包含Nitrospirae；另外Chlorobi在低硫處理組中相對豐度顯著高于對照組；Fusobacterium在高硫處理組中相對豐度顯著高于對照組
屬水平主要細菌在對照組與低硫處理組以及對照組與高硫處理組中相對豐度比較，其中Microbacterium、Reichenbachiella、Parachlamydia與Shewanella在對照組中的相對豐度顯著高于兩個不同濃度的硫化物處理組；Vibrio在低硫處理組中相對豐度顯著高于對照組，Photobacterium在兩個硫化物處理組中相對豐度顯著高于對照組
4 研究結論
本研究通過監測炎癥、免疫相關細胞因子和腸道菌群結構的變化，探討了不同濃度硫化物對凡納濱對蝦腸道健康和腸道菌群毒害作用的影響。從實驗中得出的數據可以看出，病原菌Cyanobacteria、Vibrio、Photobacterium的豐度在硫化物處理組中均有顯著增加，對比一些抗應激性細菌Chlorobi與Fusobacterium同樣也在硫化物處理組中顯著增加，而類似于可以緩解亞硝酸鹽毒性的Nitrospirae在處理組中卻顯著降低了；這些都表明了慢性暴露于硫化物污染環境中，對于蝦腸道菌群結構造成了很大的破壞，同時刺激炎癥與免疫系統的響應。
參考文獻
Suo Y, Li E, Li T, et al. Response of gut health and microbiota to sulfide exposure in Pacific white shrimp Litopenaeus vannamei [J]. Fish & Shellfish Immunology, 2017, 63:87.
