新组合:节律微生态=单菌完成图+宏基因组

文摘   2024-09-29 08:02   内蒙古  

英文标题:Daily fluctuation of Lactobacillus species and their antibiotic resistome in the colon of growing pigs

译名生长猪结肠中乳酸菌种类及其抗生素耐药性的每日波动

发表期刊:Science of the Total Environment
客户单位:南京农业大学
影响因子:9.8
研究背景




肠道内有各种类型的细菌,有助于维持肠道微生物群的平衡。乳酸菌是一种重要的有益菌,被广泛用作食品发酵剂和益生菌。研究发现,生长猪结肠中节律性ARG与乳酸杆菌属呈显著正相关。但到目前为止,关于猪肠道乳酸杆菌及其耐药组的昼夜波动仍然缺乏系统研究。


研究方法




实验材料: 生长猪的结肠食糜、分离的乳酸杆菌属(Lactobacillus)菌株
测序技术:Illumina+PacBio测序
项目类型:抗性宏基因组+细菌完成图

主要结果




1、生长猪结肠乳酸杆菌属的组成及变化

宏基因组分析结果表明乳酸杆菌属是结肠的优势属,所占比例最高,约为26.18 %(图2A)。节律性分析显示,285种乳酸杆菌属物种中有84种表现出节律性模式(图2C、D),Lactobacillus johnsoniiLactobacillus reuteri是两种最丰富的乳酸杆菌属物种,具有昼夜振荡,白天增加,夜间减少的特点。

图2 生长猪结肠中乳酸杆菌属的组成、丰度和波动情况。(A)前20个细菌属的相对丰度。(B)前20种乳酸杆菌属物种的相对丰度。(C)在24小时内乳酸杆菌属物种的每日波动。
图3 9个采样时间点时乳酸杆菌属种类丰度的变化。(A)结肠样本中共有84种日波动的乳酸杆菌属物种。(B和C)四种具有代表性的乳酸杆菌属物种在一天内的日波动。

2、乳酸杆菌属中ARGs的组成和分布如何?

在生长猪结肠中检测到58种独特类型的ARGs,被分为5个耐药类(图4A、B)。在检测到的ARGs中有三种耐药性机制,抗生素靶点的改变占总丰度的90 %以上(图4C)。在6种乳酸杆菌属种水平物种中仅检测到3种ARGs;其余的都在乳酸杆菌属属水平上进行了注释(图4D)。

图4 乳酸杆菌属在24小时内的分布和特征。(A)在乳酸杆菌属中分布的58个ARGs的丰度。(B)结肠中抗生素耐药性类别的分布。(C)检测到的ARGs的抗性机制。(D)ARGs及其对应的物种。

3、生长猪乳酸杆菌属ARGs的日波动

PCoA分析显示,随着时间的推移,乳酸杆菌属内的ARG谱发生了显著变化。ARGs的相对丰度和数量随时间发生动态变化,如图5B和C所示。T15、T18、T21的相对丰度保持在较高水平,而同期基因数量相对较低。研究进一步建立了乳酸杆菌属种类与ARGs之间的相关网络,以确定潜在的相互作用。ARGs-细菌共现网络中有251个节点(205属,46个ARGs)和3504条边缘(图6),它们表现出相同的变化趋势,约90.38 %呈正相关。

图5在9个采样时间点的ARGs丰度和数量的变化。(A)在9个时间点的ARG多样性的主坐标分析。(B)总ARG相对丰度的动态变化。(C)24h内ARG数的动态变化。
图6 网络分析揭示了ARG类型与乳酸杆菌属之间的共现模式

4、从猪肠道中分离出的乳酸杆菌属菌株的抗生素敏感性

为了确定ARGs的基因型与表型之间的相关性,研究对体外分离的乳酸杆菌属菌株进行了药敏试验,以确定其耐药表型。7株乳酸杆菌对10种常用抗生素表现出不同的敏感性(表1)。

表1 7种乳酸杆菌属物种的抗生素敏感性

5、4种分离的乳酸杆菌属中ARGs的基因组鉴定

基于CARD数据库的注释,研究在4株乳酸杆菌属菌株的基因组中共检测到251个ARGs(图7),共有89种ARG类型对24种抗生素产生耐药性,属于5种主要的耐药性机制。

图7 通过全基因组测序,发现4种乳酸杆菌属中89个ARGs的数量及其相应的AMR基因家族、抗生素种类和抗性机制

主要结论




本研究揭示了生长猪结肠中乳酸杆菌属的种组成和日波动,并确定了生长猪结肠中ARGs的分布特征。乳酸杆菌属是结肠中主要的细菌属之一,该属的一些物种表现出节律性波动,特别是高度丰富的L. johnsoniiL. reuteriL. salivarius宏基因组注释显示,elfamycin基因在乳酸杆菌属中占主导地位。对4株分离的乳酸杆菌进行全基因组测序,结果表明,通过上述测序方法鉴定出5类耐药性。这些研究结果为动物源性乳酸杆菌的安全性评价提供了参考。


参考文献:


Daily fluctuation of Lactobacillus species and their antibiotic resistome in the colon of growing pigs, Science of the Total Environment, 2024.
DOI: 10.1016/j.scitotenv.2024.170821

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