2017-02-22
派森諾生物在豬腸道微生物組研究領域已積累了豐富的經驗。繼2015年與南京農業大學合作，在《Scientific Reports》發表相關論文之后，本月又再度牽手，再次登陸《Scientific Reports》（影響因子5.228），進一步揭示了糞腸球菌（Enterococcus faecalis）在豬腸道中類似于抗生素的生理作用。
研究背景
抗生素可謂是一把雙刃劍。一方面，它能幫助我們人類和動物遠離致病微生物的感染；另一方面，對抗生素的過度依賴又致使微生物形成廣泛的抗生素抗性機制，甚至出現了“細菌”。因此，抗生素已被視為人類和動物健康的直接威脅之一。而在豬的飼養繁殖過程中，抗生素已被廣泛使用50余年，以應對多種傳染病的侵襲，使其得以健康成長。因此，尋找抗生素的可靠替代品，并改善人類和動物的健康已迫在眉睫。
研究目的
糞腸球菌（E. faecalis）是腸道內常見的乳酸產生菌，有潛在的益生作用，并能分泌細菌素，抑制致病菌的生長。此項研究的前期實驗結果已表明，在斷奶仔豬的飼料中適量添加糞腸球菌UC-100菌株（200 g/t，≥ 1 × 1010CFU/g）能有效降低仔豬腹瀉的概率，起到類似于抗生素治療的效果，但該菌株如何影響腸道微生物組、進而改善動物健康，仍需進一步研究。本研究即以此為出發點，評價該菌株與抗生素對于腸道菌群的影響效果及其異同。
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區測序
實驗對象：25日齡斷奶仔豬
實驗設計：正常飼料組、抗生素添加組、糞腸球菌添加組各4頭，并采集飼喂0天、14天、28天的糞便樣本
研究結果
對36份豬糞便樣本進行高通量測序，共獲得2,355,992條序列，每樣本平均獲得51,298條高質量序列，并在97%的序列相似度水平歸并為9,966個OTU，共包含21個門。其中，Firmicutes門占有地位，占總體測序量的85%以上；Tenericutes和Bacteroidetes門次之，但相對豐度只占1%左右。
三組仔豬在飼喂0天、14天、28天的腸道微生物組多樣性（ACE指數和OTU數）比較。由圖可知，在任一時間點，糞腸球菌添加組和抗生素添加組的多樣性水平均無顯著差異。
Weighted UniFrac PCoA分析顯示，在飼喂14天（圖A-C）和28天（圖D-F）時，糞腸球菌添加組和抗生素添加組的腸道菌群組成并無顯著差異。雖然在飼喂14天時，兩組樣本在PC3主坐標方向上有區分趨勢，但并未達到差異顯著性（圖B-C，P = 0.063）。
Fibrobacteres門在飼喂28天的正常飼料組中的豐度激增，但在糞腸球菌添加組中豐度顯著降低。在任一時間點，該門的豐度在糞腸球菌添加組和抗生素添加組中無顯著差異。
飼喂28天時，相對于正常飼料組，在糞腸球菌添加組和/或抗生素添加組豐度發生顯著變化的細菌屬，但這些屬的豐度在糞腸球菌添加組和抗生素添加組間并無顯著差異。
總結
本研究的一大特色在于，并不執著于想方設法證明“組間差異”有多顯著，而是通過多樣性和豐度比較，證明糞腸球菌添加組和抗生素添加組的菌群無明顯差異，從而提示我們，糞腸球菌有較大潛力發展成為抗生素的有效替代品。這一研究新思路對于微生物組的大數據分析的啟發很大！
本研究的測序和數據分析工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
文章索引：
Li, P., Niu, Q., Wei, Q., Zhang, Y., Ma, X., Kim, S.W., Lin, M., and Huang, R. (2017). Microbial shifts in the porcine distal gut in response to diets supplemented with Enterococcus Faecalis as alternatives to antibiotics. Scientific Reports 7, 41395. doi: 10.1038/srep41395
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