《Aquaculture Reports》：Gut and blood microbiota of Nile tilapia (
Oreochromis niloticus) reared with lettuce (
Lactuca sativa) and challenged with
Escherichia coli and
Vibrio cholerae in aquaponic systems
编辑推荐：
本研究聚焦于鱼菜共生（Aquaponics）系统中尼罗罗非鱼的肠道与血液菌群多样性及其食品安全影响。为解决该系统因鱼类与植物共养可能带来的病原菌交叉污染风险，研究人员通过人工攻毒实验（大肠杆菌ATCC 8739和霍乱弧菌ATCC 9458），结合16S rRNA基因测序技术，系统分析了鱼类菌群的变化。结果显示，攻毒显著改变了罗非鱼肠道与血液菌群的组成与多样性，并鉴定出包括气单胞菌属（Aeromonas）、链球菌属（Streptococcus）在内的27个人类潜在致病菌属。研究揭示了鱼菜共生系统中病原菌存在的风险，强调了在系统设计和日常管理中纳入公共卫生考量的重要性，为该系统可持续、安全的食品生产提供了关键数据支持。
在一个日益关注可持续农业和粮食安全的世界里，鱼菜共生（Aquaponics）系统正悄然兴起，它将水产养殖与无土栽培巧妙地结合在一起，形成一个闭合的营养循环。在这个系统中，鱼类产生的废物被微生物转化为植物可吸收的养分，而植物在吸收养分的同时净化了水体，为鱼类创造了更佳的生长环境，可谓一举多得。尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）因其生长快、适应性强，成为全球鱼菜共生系统中最常见的养殖鱼类。然而，这种看似和谐的共生关系背后，却潜藏着一个不容忽视的公共卫生挑战——微生物污染风险。系统内不仅存在对鱼和植物有益的微生物，也可能存在对人类有害的病原菌。鱼类和生食蔬菜（如本研究中搭配的生菜）是直接面向消费者的产品，它们是否会成为病原菌的载体，并通过食物链威胁人类健康？这是科研人员和管理者亟待解答的问题。目前，针对鱼菜共生系统中鱼类本身（特别是其肠道和血液）菌群组成，尤其是其在面临特定病原胁迫下的变化及其食品安全意义的研究尚显不足。为此，研究团队设计了一项精细的实验，旨在深入探究这一“共生体”内部的微观世界，评估其潜在的食品安全风险。这项研究成果发表在《Aquaculture Reports》上。
为了回答上述问题，研究团队采用了几个关键的技术方法。首先，他们建立了标准的鱼菜共生实验系统，将尼罗罗非鱼与生菜（Lactuca sativa）共养。研究设置了三个处理组：对照组（不攻毒）、大肠杆菌（Escherichia coli， ATCC 8739）攻毒组和霍乱弧菌（Vibrio cholerae， ATCC 9458）攻毒组。研究的核心在于对尼罗罗非鱼攻毒前后，分别采集其粪便样本（代表肠道菌群）和血液样本，利用下一代测序（Next-Generation Sequencing）技术，针对细菌16S rRNA基因的V1-V3可变区进行扩增子测序（Amplicon Sequencing），测序平台为Illumina NextSeq2000。随后，研究人员运用生物信息学（Bioinformatics）流程，包括DADA2进行扩增子序列变异（Amplicon Sequence Variants， ASVs）去噪和鉴定，并利用SILVA数据库进行物种分类学注释，最后通过R语言中的phyloseq等包进行微生物群落的α多样性（如香农指数Shannon index）和β多样性分析。
研究结果
3.1. 水质参数
在整个实验期间，水温、溶解氧（DO）、pH、电导率（EC）、氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐等关键水质参数均保持稳定，且在各处理组间无显著差异。这表明实验系统运行良好，水质波动并非后续观测到的菌群变化的主要驱动因素。
3.2. 尼罗罗非鱼菌群的鉴定
维恩图分析显示，粪便样本和血液样本拥有各自独特的菌群。共鉴定出378个ASVs，其中粪便样本有216个，血液样本有162个。两个样本间也存在部分共享的细菌，表明菌群在鱼体不同部位间可能存在迁移。
3.3. 尼罗罗非鱼菌群与食品安全
分类学分析发现，在鉴定到属水平的257个ASVs中，约有27个属包含已知对人类有致病性、并与食源性疾病相关的物种。这些潜在致病菌属包括气单胞菌属（Aeromonas）、链球菌属（Streptococcus）、克雷伯菌属（Klebsiella）、农杆菌属（Agrobacterium）、芽孢杆菌属（Bacillus）、布鲁氏菌属（Brucella）、梭菌属（Clostridium）、爱德华氏菌属（Edwardsiella）等。
3.4. 肠道菌群多样性
- •
菌群组成：攻毒前，粪便样本菌群多样性较高且平衡，以鲸杆菌属（Cetobacterium）和芽孢杆菌属（Bacillus）为优势菌属。攻毒后，大肠杆菌攻毒组（处理2）的菌群多样性增加了一倍以上，而霍乱弧菌攻毒组（处理3）的菌群多样性则降低，表现出菌群失调（Dysbiosis）状态。鲸杆菌属在攻毒后所有处理中均保持优势。
- •
β多样性：多维尺度分析（Multidimensional Scaling， MDS）表明，攻毒前后（FA vs FD）的粪便菌群群落结构存在明显分离，说明攻毒处理显著改变了肠道微生物组成。
- •
α多样性：α多样性指数（香农指数和辛普森指数）分析证实，攻毒后粪便样本的菌群多样性显著低于攻毒前。
3.5. 血液菌群多样性
- •
菌群组成：攻毒前，血液样本菌群以大量未分类的细菌（标记为f__o__c__p__d__Bacteria）为主。攻毒后，大肠杆菌攻毒组的血液菌群多样性降低，而霍乱弧菌攻毒组的血液菌群多样性却显著增加，这一模式与在肠道样本中观察到的趋势相反。
- •
β多样性：MDS分析显示血液样本菌群分布较为分散，但攻毒前后（SA vs SD）的组间仍存在一定区分。
- •
α多样性：α多样性分析显示，除霍乱弧菌攻毒组外，攻毒后血液样本的菌群多样性普遍低于攻毒前。
结论与讨论
本研究系统评估了鱼菜共生系统中尼罗罗非鱼在受到大肠杆菌和霍乱弧菌人工攻毒后，其肠道与血液菌群的变化，并从食品安全角度鉴定了相关微生物。主要结论如下：
首先，研究发现攻毒显著影响了尼罗罗非鱼的菌群生态。在肠道中，大肠杆菌的入侵似乎引发了炎症反应，为更多微生物的生长创造了条件，从而导致菌群多样性增加；而霍乱弧菌则表现出强烈的竞争优势，可能抑制或排挤了原有的肠道菌群，导致多样性下降。在血液中，情况则有所不同：大肠杆菌攻毒可能激活了鱼体的免疫防御，限制了菌群生长；而霍乱弧菌攻毒却与血液菌群多样性的增加相关，这可能与病原菌本身或其引发的状态为其他细菌的定植或检测创造了条件有关。这种肠道与血液对同一病原反应不同的现象，凸显了鱼体不同微环境（Microenvironment）的复杂性。
其次，也是本研究最具公共卫生警示意义的发现，是在罗非鱼的肠道和血液中检测到多达27个包含人类致病菌的细菌属。尽管16S rRNA测序技术难以精确到种水平，但鉴定出的属如气单胞菌属、链球菌属、克雷伯菌属、芽孢杆菌属、梭菌属等，其中许多物种（如嗜水气单胞菌Aeromonas hydrophila、蜡样芽孢杆菌Bacillus cereus、产气荚膜梭菌Clostridium perfringens等）都是已知的食源性病原体，可导致人类胃肠炎、败血症、食物中毒等多种疾病。这些病原菌存在于鱼体内，意味着在鱼菜共生系统中，它们有可能通过水体循环，从鱼类传递到共生的蔬菜（如生菜）上，进而通过生食或未充分烹调的蔬菜和鱼类产品威胁消费者健康。
因此，这项研究的重要意义在于它明确指出了鱼菜共生这一可持续农业生产模式中潜在的食物安全风险。它强调，在追求生态效益和经济价值的同时，必须将公共卫生安全纳入系统设计与管理的核心考量。研究结果提示，需要在系统中引入更有效的微生物管理策略，例如益生菌（Probiotics）的应用，以抑制潜在病原菌的增殖，而不是仅仅依赖可能同时伤害有益菌的物理消毒方法（如紫外线）。最后，作者建议未来研究应致力于对检出的潜在病原菌进行种水平的鉴定，并直接追踪这些来自鱼类的病原菌是否以及如何污染共生蔬菜的可食用部分，从而为制定更精准的防控措施提供科学依据。
