《BMC Genomics》：Temporal dynamics of the fecal microbiome in wintering seagulls: a One Health perspective
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本文通过PacBio全长16S rRNA测序技术，首次系统揭示了青岛栈桥海滩越冬黑头鸥肠道菌群的物种级时间动态。研究发现其菌群具有高度多样性和以生态漂变为主导的随机组装特征，同时受觅食活动和人类补充饲喂影响，表现出明显的物种特异性波动与爆发。研究还鉴定出53种潜在病原体，其中11种存在跨宿主（海鸥-人类）传播风险。这为理解人类活动对野生动物微生物组的影响及人兽共患病风险评估提供了重要的“同一健康”（One Health）视角。
背景：候鸟作为重要的人畜共患病病原体储存库
病原体传播是“同一健康”实施的核心挑战。源自野生动物的人畜共患病，特别是细菌性病原体，对全球健康和经济构成日益严重的威胁。尽管鸟类源性病原体直接传播给人类的记录不多，但候鸟仍被认为是禽流感、沙门氏菌和耐抗生素大肠杆菌等病原体的关键储存库和长途传播媒介。近年来，在城市中心兴起的娱乐性海鸥饲喂活动，显著增加了人鸥接触频率和粪便污染强度，从而可能加剧病原体暴露风险。同时，广泛的人类补充饲喂也可能干扰野生鸟类的肠道菌群动态。因此，本研究旨在从“同一健康”框架出发，探究在持续人类接触下越冬海鸥肠道菌群的时间动态，并评估其对本地公共健康的潜在风险。
研究方法
本研究在青岛栈桥海滩进行，在连续两个越冬期（2023-2024年，2024-2025年）对越冬黑头鸥进行了半月的粪便采样。同时，为评估潜在的病原体共享，还采集了本地居民的粪便和痰液样本以及附近海水样本作为参照。所有样本均采用全长16S rRNA基因的PacBio HiFi测序技术进行分析。生物信息学分析包括生成高质量序列、聚类为物种级操作分类单元（OTU）、分类学注释等。此外，研究还进行了α和β多样性分析、群落组装过程量化、广义加性模型（GAMs）分析、扩展局部相似性分析（eLSA）等，以揭示微生物群落的动态模式和驱动因素。
研究结果
研究设计与测序数据特征
研究共分析了102份黑头鸥粪便样本，生成了4,355,372条高质量全长16S rRNA序列，最终获得了1,126个物种级OTU，其中包含718个潜在的新物种。物种鉴定确认了黑头鸥为优势种群（占88.69%）。稀释曲线表明测序深度足够。
越冬海鸥粪便细菌群落组成
在所有样本中，共检测到17个门，其中厚壁菌门（Firmicutes）为优势门（平均相对丰度73.34%），其次是弯曲菌门（Campylobacterota, 14.17%）和变形菌门（Proteobacteria, 9.77%）。在属水平，最优势的三个属合计占比超过50%，包括 Catellicoccus（29.05%）、 Campylobacter（12.70%）和 Ligilactobacillus（11.25%）。值得注意的是，大多数物种级OTU分布有限，出现频率小于10%的OTU占总数的82.68%。仅有三个OTU广泛分布（频率 > 70%），分别是 Catellicoccus marimammalium（97.1%）、一个未分类的链球菌属物种（82.4%）和一个未分类的弯曲菌属物种（76.5%）。
微生物多样性与群落组装过程的时间变化
尽管所有采样时间点的香农（Shannon）多样性指数无统计学显著差异，但其时间动态轨迹呈非线性：初始下降，随后逐渐增加，最终再次下降。基于Bray-Curtis相异度的分析显示，连续的采样时间间隔之间，群落组成存在显著偏移。距离冗余分析（dbRDA）表明，时间变量解释了19.7%的β多样性变异。零模型分析揭示，海鸥粪便细菌群落的组装主要受随机过程（生态漂变）主导，平均贡献率达80.19%。然而，确定性选择（selection）的相对影响随时间波动，在越冬中期（T8）达到峰值（33.33%）。
粪便细菌的流行率动态
在整个越冬期，细菌的流行率变化显著，仅14个物种级OTU在所有时间点被持续检测到。纵向分析识别出五种显著的流行率模式：22个OTU呈现随时间显著增加的趋势（如 Rhodobacterales、 Bifidobacteriales和 Lactobacillales）；另有少量OTU表现为下降、振荡、驼峰形和U形动态。
优势物种级OTU的时间丰度动态
对优势OTU（相对丰度 > 0.1%且在超过30%的样本中出现，存在于≥4个时间点）的分析，识别出10种动态模式，聚类为四个由正相关驱动的模块。四分之三的物种表现出瞬时的爆发性增长（unimodal peaks），如早期爆发的 Enterobacteriaceae（包括 Escherichia fergusonii和 Shigella dysenteriae）和 Streptococcaceae；中期爆发以 Lactobacillaceae为主；晚期爆发则具有更高的系统发育多样性。其余八个物种表现出振荡动态。
海鸥粪便中的潜在致病菌
在所有样本中，共鉴定出53个（占总OTU的4.71%）潜在的致病性或机会性物种级OTU，包括20种人畜共患病原体和33种动物相关病原体。这些潜在病原体在大多数样本中相对丰度较低（< 2%），但在部分样本中可超过50%。优势的潜在病原体包括人畜共患的 Escherichia fergusonii、Clostridium perfringens和动物相关的 Leuconostoc mesenteroides、Weissella confusa等。为了评估健康风险，对海鸥、本地居民和海水共享的潜在病原体OTU进行了分析。共有11个OTU在海鸥和人类之间共享，占总人源相关病原体的22%和海鸥相关病原体的20.75%。在ASV水平上，共享比例更高。值得注意的是，其中九个OTU共享完全相同的ASV，暗示了在16S rRNA水平上保守的遗传特征和潜在微生物交换的可能性。此外，海水样本中也检测到了部分与人类或海鸥共享的潜在病原体（如 Phocaeicola vulgatus和 Parabacteroides merdae）。
海鸥粪便微生物组的年际变化
总体而言，海鸥粪便微生物组的α多样性在连续越冬期间无显著变化。尽管β多样性存在显著的年际差异，但效应值很小，表明年际变异仅解释了总群落变异的2%。这些微小的年际差异似乎是阶段特异性的，例如在T2和T5未检测到差异，而在T8则出现了α和β多样性的显著分化。在后续越冬期还检测到19个新的物种级OTU和64个新的ASV。
讨论
高度偏态分布和随机漂变驱动越冬海鸥微生物组多样性
本研究通过全长16S测序和纵向采样，揭示了越冬海鸥肠道菌群的高度多样性和随机组装特征。群落呈现显著的流行率偏态，绝大多数（>80%）物种为出现频率低于10%的“瞬时专家”。Catellicoccus marimammalium作为黑头鸥的核心肠道共生菌，占据了最高的相对丰度和普遍流行率。这种高肠道菌群可塑性可能为迁徙海鸥提供适应性优势，帮助其利用多样的本地猎物或抵抗迁徙途中遇到的新病原体。
海鸥微生物群动态：觅食与人为干预
研究首次证明了越冬期间α多样性的显著时间波动。旅游高峰期的中期阶段（T5-T8）观察到多样性升高和异质性选择增强，这可能反映了密集人鸥互动（如累积性饲喂）的生态后果。微生物的持续性变化，可能是自然觅食和人为效应共同作用的结果。例如，玫瑰杆菌科（Roseobacteraceae）流行率的逐渐增加，反映了通过捕食藻类、浮游动物和鱼类积累的海洋相关类群；而双歧杆菌目（Bifidobacteriales）和乳杆菌科（Lactobacillaceae）的上升，则可能是对游客提供的富含淀粉食物（如面包屑）的代谢适应。然而，扩展局部相似性分析（eLSA）网络显示，这种确定性选择可能与高度的群落丰度动态并存，大部分优势OTU表现出特定时间点的瞬时爆发。这些动态表明，尽管海鸥微生物群具有高度多样性和瞬时演替特征，但人为干预可能通过提供选择性压力，促进一组功能性、饮食响应的“居民”在其肠道中逐渐建立。
海鸥-人类互动引发的健康风险：同一健康视角
高分辨率测序揭示了潜在的公共健康风险。在海鸥和本地居民之间共享的潜在病原体（包括 Escherichia fergusonii和 Enterococcus faecium等临床相关物种）的检测，暗示了在人鸥界面存在微生物交换的可能性。Escherichia fergusonii在研究中还经历了丰度激增，进一步提示其潜在风险。此外，在海水中检测到潜在的人类相关机会主义者（Parabacteroides merdae和 Phocaeicola vulgatus），支持了“人类-环境-海鸥”粪-口传播循环的存在，凸显了严格污水和废物管理的必要性。值得注意的是，与在越冬中期达到峰值随后下降的整体细菌群落多样性不同，潜在病原体的α多样性从中期开始呈现上升趋势，这可能反映了由复杂人为接触导致的累积暴露效应。
研究局限性
本研究存在一些局限性。首先，局限于单个海滩可能不足以代表海鸥微生物组在不同栖息地的生态异质性。其次，缺乏受人为干扰最小的对照组（如无人为接触的自然栖息地），限制了对人类活动影响的确切归因。第三，虽然使用网络搜索指数量化了人鸥互动强度，但未测量其他关键混杂因素（如海鸥饮食构成和天然猎物可获得性），这些因素可能独立改变菌群并与人类活动共变。最后，PacBio全长16S rRNA测序虽然分辨率高，但对于明确的物种界定存在固有局限，且可能无法完全对应基因组物种边界。未来的宏基因组测序，特别是通过宏基因组组装基因组（MAGs），将有助于验证潜在新类群，并在菌株水平上识别毒力因子和传染性。
结论
本研究首次对越冬海鸥粪便微生物组的时间动态进行了深入的物种级分析。研究揭示了黑头鸥体内具有惊人多样性且以随机组装为主的微生物群落，其特征是特定类群的时间波动和物种特异性爆发。这些动态很可能受到觅食行为和人为干预的影响。至关重要的是，我们的研究结果强调了在频繁的人鸥互动期间，持续监测潜在双向病原体传播的必要性。通过解析迁徙海鸥的肠道微生物组景观，本研究推进了“同一健康”的视角，并为未来的野生动物管理和公共健康保护提供了有价值的参考。
