饲用抗生素的过度使用带来细菌耐药性和超级细菌问题，严重威胁公众健康。伴随着越来越多的国家和地区加入“限抗”和“禁抗”的队伍，寻找和开发“安全、有效、可控、成本低”的天然替抗产品是目前全球研究的热点。
近日，中国农业科学院（深圳）农业基因组研究所研究员樊伟团队联合湖南农业大学教授曾建国团队、中国农业大学教授呙于明团队，在鸡肠道微生物宏基因集构建和饲用抗生素与天然替抗产品的促生长机制研究方面取得了突破性进展。其研究成果在线发表于国际微生物学权威期刊《微生物组》（Microbiome）上。
这不仅是对动物肠道宏基因组学研究的重要补充，而且揭示饲用抗生素和天然替抗产品促进生长的机理，为开发“绿色天然”植物来源替抗产品提供了科学依据。
历时六年的研究
自上世纪50年代，科学家发现亚治疗剂量的抗生素可作为动物促生长添加剂以来，抗生素被大量使用并为养殖业带来了极大收益，但同时也因其助推耐药菌形成而对公共健康构成威胁。
从2006年起，欧洲全面禁止饲用抗生素的添加，2017年美国也禁止抗生素在饲料中用于促生长，并将其置于兽医临床监督下使用。中国制定了《遏制细菌耐药国家行动计划（2016—2020）》，将在2020年全面禁止使用饲用抗生素。因此，开发绿色安全的替代品变得非常重要和迫切。
无论是饲用抗生素还是天然替抗产品，其防病促生长作用都与肠道微生物紧密相关。樊伟介绍，由于缺乏大样本量数据的分析和更能真实代表肠道内微生物情况的样本，导致一直无法清楚解析二者的作用机制。
他表示，“只有阐明二者的防病促生长机制，才能真正指导绿色安全的防病促生长的饲用替抗产品开发”。
为了更好地理解家禽肠道微生物功能、鸡的健康养殖，并解释饲用抗生素和天然替抗产品与肠道微生物群落的相互作用关系，联合研究团队于2012年启动鸡肠道宏基因组研究计划。
经过6年的努力，研究团队构建了第一个鸡肠道微生物参考基因集，深入分析不同肠段、不同饲养方法、不同日龄对肠道微生物群落与功能的影响，并系统比较了饲用抗生素金霉素（CTC）和天然替抗产品博落回提取物（MCE）对肠道微生物菌群的调节作用。
构建全球首个鸡肠道微生物参考基因集
“传统的16S rRNA基因分析仅提供关于微生物组成的有限信息，而宏基因组测序技术的不断进步，为肠道微生物的功能研究提供了重要技术支撑。”樊伟说道。
该研究以能代表肠道微生物的肠段内容物样本为研究材料，从7个不同品种（地区）鸡的5个肠段（十二指肠，空肠、回肠、盲肠和结直肠）中采集了495个肠道内容物样本，通过高通量测序共产生1.64Tb宏基因组数据，平均每个样本3.31Gb。
得到contig N50长度为1.95kb的组装结果，从组装数据中鉴定了904万个非冗余基因，平均开放阅读框长度为697bp，样品稀释曲线已接近饱和，表明大多数鸡肠道微生物的基因已被包含于基因集中，由此构建了全球首个鸡肠道微生物参考基因集。
鸡肠道微生物参考基因集的构建，是对动物肠道宏基因组学研究的重要补充。
在构建鸡肠道宏基因集之后，该研究比较了鸡、猪和人的肠道宏基因集，发现三者的肠道宏基因集尽管在基因序列水平上差异巨大，但微生物的功能相似性较高；分析了不同养殖模式对于鸡肠道宏基因组的影响，发现鸡在散养模式下肠道微生物多样性高于笼养模式，且土壤主要成分的放线菌在散养鸡中比笼养鸡中更丰富；比较了鸡的前肠和后肠宏基因组的不同特点，发现后肠微生物多样性明显高于前肠；比较分析了不同日龄的肉鸡肠道微生物特点，发现在前肠和后肠中，微生物代谢能力均在第28天左右达到最大值，此后基本保持稳定或略有下降，但前肠中不同日龄的差异程度要大于后肠中的日龄差异程度。研究表明，生长早期对于鸡的发育和肠道微生物群的建立都至关重要。
指导未来绿色天然替抗产品开发
长期以来，植物源天然促生长剂，如含有博落回提取物的产品，已作为抗生素的替代品被广泛地用于畜禽生产中，在中国2012年底成功批准，成为我国首个二类新中兽药药物饲料添加剂产品。
虽然以博落回提取物为基础开发的饲用替抗产品全球市场取得了骄人成绩，但其提高畜禽生产性能的相关机制的细节仍不清楚。
这项研究以金霉素（饲用抗生素）与博落回提取物（植物来源天然促生长剂替抗产品）为比较研究对象。
宏基因组数据结果显示，博落回提取物主要能促进有益菌乳杆菌属增加、增强氨基酸和丁酸等营养或抗炎物质合成，从而有利于抗炎促生长。金霉素则增加了肠道中产抗生素菌群丰度及增强了多种抗生素合成途径，据此推测能更有效地抑制有害菌和炎症反应来达到促生长效果。
研究还发现，二者都对脂质代谢有重要影响，均能富集次级胆汁酸生物合成途径。金霉素还增强了脂肪酸和不饱和脂肪酸的生物合成途径，该结果表明脂质代谢调节是抗生素生长促进剂的重要机制。而博落回提取物则通过增强氨基酸和维生素的生物合成途径来促进鸡的营养吸收和生长。
博落回提取物中剂量组（MCE-M）的体增重增加和料肉比（FCR）降低的效果优于金霉素组，这一剂量也符合商业推广的剂量，表明博落回提取物在促生长的效果上是优于金霉素的。在樊伟看来，“这对于养殖业具有重要意义”。
此外，饲用抗生素还引起了肠道内抗生素抗性基因的上升，这进一步警示了饲用抗生素可加速耐药菌的产生而对公众造成巨大威胁，以及开发有效的饲用替抗产品的紧迫性。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1186/s40168-018-0590-5
