抗菌药对肉鸡肠道菌群耐药基因组和结构的影响

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作为全球最大的肉鸡消费国和生产国,我国在肉鸡生产中普遍使用抗菌药。阿莫西林、金霉素、氟苯尼考由于抗菌效果好且副作用较少,被广泛应用于肉鸡养殖业。探究阿莫西林、金霉素和氟苯尼考对肉鸡肠道菌群耐药基因组和菌群结构的影响有助于指导生产实践中合理使用抗菌药、减少细菌耐药性的产生和传播。本研究立足于此背景,运用宏基因组学技术研究了肉鸡分别饲用阿莫西林、金霉素、氟苯尼考后,肠道菌群耐药基因组和菌群结构的变化规律。30只15天龄的SPF级商品肉鸡随机分成5组,包括空白对照组、阿莫西林组、金霉素组、氟苯尼考组和混合给药组,每组6个重复。肉鸡在驯养7天后开始进行试验,阿莫西林组、金霉素组、氟苯尼考组给药浓度依次为:0.06 g/L、0.1 g/L、0.06 g/L。混合组依次给药阿莫西林、金霉素、氟苯尼考。在给药处理前后不同时间点采集鸡粪,采集时间点分别为T0(给药前)、T5(第一次给药后)、T10(第二次给药后)、T15(第三次给药后)。提取样本宏基因组DNA进行高通量测序分析,对测序数据进行基因拼接、组装,通过基因序列比对,获得耐药基因和物种注释并进行统计学分析。结果表明,肉鸡肠道中丰度最高的耐药基因包括多重耐药基因(40.4%)、氨基糖苷类耐药基因(8.4%)、多黏菌素类耐药基因(7.4%)、氨基香豆素类耐药基因(7.4%)和四环素类耐药基因(6.9%)。空白对照组的肉鸡肠道同样含有高丰度的耐药基因。阿莫西林组、金霉素组和混合组耐药基因丰度显著高于空白对照组。各处理组中多重耐药基因、硝基呋喃妥因类耐药基因、喹诺酮类耐药基因、磺胺类耐药基因均与总耐药基因丰度成显著正相关。在饲喂各抗菌药15天后,四环素耐药基因tet A是氟苯尼考、金霉素、混合给药处理组中丰度最高的耐药基因,而磺胺类耐药基因sul2是阿莫西林处理组中丰度最高的耐药基因。混合给药组显著升高了mcr-1的丰度。携带耐药基因最多的5个菌属分别为Escherichia(83.7%)、Klebsiella(5.1%)、Bacteroides(3.9%)、Shigella(2.9%)、Clostridium(1.7%)。Escherichia是大部分耐药基因的宿主。在给药10天后携带耐药基因的宿主发生变化,Escherichia和Bacteroides是变化最显著的宿主菌。Escherichia携带的β-内酰胺类耐药基因、四环素类耐药基因和氯霉素类耐药基因在给药10天后升高,氯霉素类耐药基因的唯一宿主是Escherichia。肉鸡肠道优势菌门分别为Proteobacteria(69.8%)、Bacteroidetes(15.3%)、Firmicutes(10.9%),优势菌属为Escherichia(67.7%)、Bacteroides(15.3%)。肉鸡肠道优势菌属在给药10天后显著变化,Escherichia在所有给药组显著升高。Bacteroides在阿莫西林、金霉素和混合组显著下降。Klebsiella在氟苯尼考组显著下降,在金霉素组和阿莫西林组显著升高。Escherichia和Bacteroides的显著变化是Proteobacteria和Bacteroidetes变化的原因。LEfSe分析鉴定出38个特征分类群,Proteobacteria和Bacteroidetes、Escherichia和Bacteroides是本研究最特征性的菌门和菌属。抗菌药给药组耐药基因丰度显著高于空白对照组,抗菌药给药可能提高肠道中的耐药基因丰度。多重耐药基因是肉鸡肠道中丰度最高的耐药基因,且与总耐药基因丰度显著相关。在抗菌药选择压力下,并不是所有的耐药基因都发生显著变化。阿莫西林、金霉素和氟苯尼考联合给药显著升高mcr-1的丰度。本研究探究了肉鸡肠道菌群耐药基因组和菌群结构在抗菌药选择压力下的响应特征和变化规律,为生产实践中合理使用抗菌药、减少细菌耐药性的产生提供理论依据。
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