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SCI论文:枯草三十七肽对水产养殖中抗生素耐药的干预

时间:2022-01-03 浏览:892次
详细说明

近期有文献报道枯草三十七肽在控制抗生素耐药基因和多重耐药菌危害方面具有优异的效果。作者通过鱼类养殖实验,探讨了枯草三十七肽的使用对水产养殖中抗生素耐药性的潜在干预作用。结果表明枯草三十七肽能有效降低养殖中的抗生素耐药基因。文献发表于2022年Journal of Hazardous Materials期刊,该期刊影响因子15分,属顶级学术期刊。










由于近年来抗生素滥用带来了巨大的环境压力,ARGs(抗生素耐药基因)被归类为新兴的污染物。ARGs广泛存在水、土壤、沉积物、气溶胶、作物和微塑料等环境中。ARGs的富集和多重耐药菌的出现可能会导致抗生素作用降低,从而增加疾病的治疗成本和难度。因此,ARGs越来越受到专家和公众的关注。

抗菌肽在杀灭和控制微生物以及调节免疫反应中扮演着重要的角色,因此被用作水产养殖中抗生素的备选方案。当前在水产养殖中抗菌肽的研究主要集中在它们功能上的报道,抗菌肽能够使虾具有更加高效的免疫反应,提高吞噬细胞对鳟鱼养殖中活微生物的吞噬能力和细胞内杀伤能力,并且表现出广谱的抵御各种微生物的活性。本研究通过鱼的养殖试验来探索使用枯草三十七肽干预抗生素耐药的潜在功能。对ARGs在不同环境中的分布以及不同处理的微生物群落进行分析研究。为枯草三十七肽应用于水产养殖替代抗生素控制ARGs提供有价值的理论依据。



图片源自ichong
01

材料与方法


本试验使用的水产抗生素包括磺胺嘧啶(SDZ,含量≥98%)、土霉素(OTC,1mg药物效价≥930IU)和恩诺沙星(EFC,含量≥98%)。本试验使用含量为99%的枯草三十七肽购自196体育平台生物肽公司(中国北京)。本水产养殖试验选用的鱼为尼罗罗非鱼,购自林春渔业公司(中国广州),在自来水水箱中培育3个月并收集样品进行下一步的分析。

试验分为1个对照组和4个试验组。对照组饲料中不含任何抗生素和抗菌肽,各试验组分别添加枯草三十七肽(Cecropin peptide,CP)、SDZ、OTC、EFC(按200mg/kg的含量分别添加到饲料中)。3个月后收集试验各组的水样分别命名为WFF\WCP\WSDZ\WOTC\WEFC,从一个没有罗非鱼的对照水箱中收集水样并标记为WCK基础水样;收集的残留物样品(主要由鱼排泄物组成)分别命名为RFF\RCP\RSDZ\ROTC\REFC;肌肉样品分别标记为FFF\FCP\FSDZ\FOTC\FEFC。


02

试验结果


ARGs在罗非鱼养殖系统不同环境中的分布

枯草三十七肽有助于减少耐药菌的丰度;经过枯草三十七肽的处理ARGs在鱼肌肉中迁移的风险相对较低;枯草三十七肽处理的样品中低丰度的intI1可以有效降低ARGs和多重耐药菌的传播风险。

图1 罗非鱼养殖系统水、残留物和鱼肌肉样品中目标ARGs的绝对丰度热图。白色空白表示未检测到。

在鱼的饲料中添加枯草三十七肽可以有效地减少ARGs在鱼肌肉和残留物(主要是粪便)中的积累。而且,在FCP/RCP中所有目标ARGs的总绝对丰度与FFF/RFF相比是比较低的,也证明了枯草三十七肽能有效地减少ARGs的积累。

图2 不同样品中不同类型目标ARGs的总绝对丰度(a)以及所有目标ARGs、16S rRNA和intI1的总绝对丰度(b)。


罗非鱼养殖中不同环境的微生物群落特征

不同抗生素处理样品的OTU数据显著的高于枯草三十七肽处理组和对照组。枯草三十七肽处理组和对照组之间重叠的OTU占枯草三十七肽处理的水/残留物/鱼肌肉样品中总OTU的70%/55.4%/62.5%,说明对照组与枯草三十七肽处理组的微生物群落具有比较相似的结构。不同抗生素处理样品的微生物群落结构也存在一定差异,说明不同的抗生素可能对微生物群群落具有不同的影响。

图3 不同样品主要门类组成(a)、不同处理微生物群落三元图(b)、不同处理样品Circos图(c)、不同样品基于微生物群落的PLS-DA图 (d)。


不同处理下16 S rRNA、intI1、ARGs和菌群的共现网络

对照组、枯草三十七处理组和抗生素处理组样品的ARG-ARG、属-属、和ARG-属的共现网络数据之间存在着显著性关联,分别达到了352、250和746。枯草三十七的处理有效地降低了ARG-ARG、ARG-属和属-属之间的相关性。

经过枯草三十七肽处理后样品中的多重耐药菌显著减少到3个属,多重耐药菌的减少有利于降低ARGs带来的潜在风险,说明添加枯草三十七肽可能具有控制水产养殖中的ARGs和多重耐药菌产生的作用。

使用抗生素养殖罗非鱼可能会增加ARGs(抗生素耐药基因)和相应的多重耐药菌的风险。

图4 不同样品中intI1、16 S rRNA、靶ARG和属之间的共现网络,对照(a)、枯草三十七处理(b)和抗生素处理(c)。红线代表正相关,蓝线代表负相关。


ARGs在水产养殖中可能的影响途径

有直接证据表明不同环境中的ARGs(抗生素耐药基因)受到抗生素的使用(antibiotic usage)、细菌(bacteria)、可移动遗传元件(MGE)及水样水质(water quality)的正向影响;

不同因素对水样ARGs的影响强度顺序为细菌>MGE>使用抗生素>水质;

不同因素对残留物和肌肉样品中ARGs的影响顺序为细菌>MGE>使用抗生素;

使用抗生素对不同环境中ARGs的影响顺序为水样>残留物>鱼肌肉;

PLS-SEM偏最小二乘结构方程模型结果进一步证明,在罗非鱼养殖过程中,使用枯草三十七肽代替抗生素可以减少ARGs的产生。

图5 基于偏最小二乘结构方程模型的不同因素对水(a)、残留物(b)和鱼肌肉样本(c)中目标ARGs增殖可能的影响。


03

结论


使用抗生素会增加耐药基因和多重耐药菌数量,而使用枯草三十七肽处理后多重耐药菌数量比使用抗生素处理减少了75%,枯草三十七肽在控制抗生素耐药基因和多重耐药菌危害方面具有优异的效果。

备注:原文中的天蚕素,主要有效成分为枯草三十七肽。




END


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