《Applied and Environmental Microbiology》：Diet–vaccine interactions: SQM Iron and Salmonella vaccination shape poultry gut microbiota
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为探究沙门氏菌疫苗与铁营养管理策略如何交互影响肉鸡盲肠微生物群，从而为整合性、非抗生素的沙门氏菌防控提供新思路，研究人员开展了一项2×3因子设计试验。研究发现，减毒活疫苗和SQM铁（一种多糖络合铁）补充均能可重复地改变群落组成，但两者联用会产生非叠加效应，包括抑制部分有益发酵菌属和显著增加葡萄球菌。这揭示了免疫刺激与精准微量营养素补充相结合策略在重塑肠道菌群、改善家禽健康与食品安全方面的潜力与复杂性。
在全球范围内，非伤寒沙门氏菌（NTS）是一个顽固的食品安全挑战，每年在美国造成约135万例感染。其中许多感染与禽肉产品相关。尽管人们在卫生、疫苗接种和抗菌干预方面进行了长期投入，但这些策略并未能持续降低禽类中的沙门氏菌流行率或减少人类食源性疾病。随着全球对可负担禽肉产品需求的增长，尤其是在美国等主要出口市场，开发整合性的、非药理学控制策略的需求变得日益迫切。
在众多策略中，营养管理是一种前景广阔的方法，可以与疫苗接种协同作用，共同改善家禽健康和食品安全。在营养因素中，铁代谢尤为重要，因为它对宿主和病原体都至关重要。铁是呼吸、基因调控、DNA生物合成等许多生理过程的组成部分，对肠道完整性、有益肠道微生物和免疫功能也至关重要。同时，铁对病原体的毒力和组织定植也极为关键。然而，任何基于铁的营养干预都必须在“饿死”病原体和维持宿主健康之间取得平衡。过度的铁螯合可能导致贫血以及家禽生长和生产性能下降。传统的铁补充剂（如硫酸亚铁，FeSO4）常面临挑战，可能导致肠道病原体快速生长和氧化应激。
为了克服这些挑战，SQM铁（一种FDA批准的多糖-铁复合物）提供了一种靶向解决方案。它利用聚合物转运（PolyTransport）技术将铁离子与多糖配体螯合，确保铁在胃肠道内受控、位点特异性地释放。这种时间-组织特异性释放机制，使得铁主要在单胃动物（如家禽）铁吸收的主要部位——小肠中被高效吸收，同时最小化到达沙门氏菌定植关键部位（如盲肠）的未被吸收铁。这为解决营养和食品安全双重目标带来了希望。
然而，尽管这类营养干预策略前景广阔，但由于它们与其他管理实践（尤其是疫苗接种和微生物组动态）的相互作用尚不清楚，其广泛应用仍然有限。减毒活疫苗与肠道微生物组之间是否存在直接的相互作用？这些过程与营养驱动的变化有何不同？为解答这些问题，研究人员开展了一项研究，旨在评估减毒活沙门氏菌疫苗接种与SQM铁补充对肉鸡盲肠微生物组的联合影响。
为了开展这项研究，研究人员主要运用了以下关键技术方法：采用2×3因子设计的49天饲养试验，使用1日龄罗斯708母肉鸡，比较了疫苗接种（AviPro Megan Vac 1）与不接种，以及三种铁源（不额外补充、FeSO4、SQM铁）的处理。在试验第49天采集盲肠内容物样本。通过16S核糖体RNA（rRNA）基因测序（针对V4高变区，使用Illumina MiSeq平台）对微生物组进行分析。利用生物信息学工具（包括QIIME2、DADA2插件、基于Silva 138数据库的分类学鉴定）处理测序数据。采用统计学方法（如Scheirer–Ray–Hare检验分析α多样性，PERMANOVA分析和非度量多维尺度分析（NMDS）评估β多样性，ANCOM-BC2进行差异丰度分析）来解析疫苗接种和铁补充对微生物群落结构、组成和特定菌群丰度的影响。
结果
Alpha多样性
总体而言，疫苗接种和铁补充以不同的方式影响盲肠微生物群落。通过观察到的扩增子序列变异（ASV，即操作分类单元OTU的一种）数和香农（Shannon）多样性指数衡量的Alpha多样性，在疫苗接种或补充处理之间没有显著差异，也没有相互作用的证据。
Beta多样性（Bray–Curtis，群落组成）
疫苗接种、铁补充及其交互作用显著影响了微生物群落结构。对于基于Bray–Curtis相异性的β多样性，疫苗接种和铁补充均产生了显著的主动效应，并且交互作用也显著。事后成对比较分析发现，接种疫苗的动物中，接受标准饲料（对照）与补充SQM铁的个体之间，微生物群落组成存在显著差异，这表明SQM铁补充对接种疫苗禽类的肠道微生物群产生了可测量的影响。NMDS排序图清晰地显示了处理驱动的微生物群落变化，表明铁补充对微生物群落结构的影响取决于疫苗接种状态。
Jaccard β多样性（存在/缺失）
基于存在/缺失数据的Jaccard β多样性分析同样突出了各处理间盲肠微生物组分类单元存在或缺失的显著差异。疫苗接种、铁补充以及它们的交互作用均产生了显著的主效应和交互效应。这些发现表明，铁补充对不同分类单元存在与否的影响取决于疫苗接种状态。
差异丰度分析
虽然拟杆菌门（Bacteroidota）在所有处理组中都是优势门，但一些低丰度（稀有）分类单元对疫苗接种、铁补充及其交互作用表现出显著变化。
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在门水平上，疫苗接种和铁补充都影响了一些稀有微生物谱系的相对丰度，包括蓝细菌门（Cyanobacteriota）、弯曲杆菌门（Campylobacterota）、热脱硫杆菌门（Thermodesulfobacteriota）和疣微菌门（Verrucomicrobiota），尽管这些变化在统计学上不显著，但效应值较大，提示了潜在的生物学意义。
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在属水平上，单独接种疫苗倾向于富集厚壁菌门（Bacillota，注：在本文分类体系下，Bacillota即原Firmicutes的一部分）中的几个属，包括Merdibacter、Thomasclavelia、Ligilactobacillus、Pseudoflavonifractor和Catenibacillus。这些变化同样不显著，但效应值较大。
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单独补充铁也会引起微生物组成的特异性变化。FeSO4补充显著增加了Ligilactobacillus、Butyricimonas和Odoribacter的丰度，同时显著降低了Bacillus的丰度。SQM铁补充显著增加了Catenibacillus、Odoribacter和Desulfovibrio的丰度，并显著降低了Sutterella、Streptococcus、Anaerofilum和Oscillospira的丰度。
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疫苗接种和铁补充的交互作用揭示了单独处理未观察到的独特微生物变化。值得注意的是，联合处理显著抑制了几个通常被认为有益的短链脂肪酸（SCFA）产生菌属，包括Anaerostipes、Catenibacillus和Faecalibacterium。相反，联合处理富集了Barnesiella、Lactobacillus，以及一些潜在益处较少的菌属，如Staphylococcus（葡萄球菌）和Streptococcus（链球菌）。这些交互作用引起的属水平变化均未达到统计显著性，但其效应值暗示了潜在的生物学功能变化。
结论与讨论
本研究揭示了疫苗接种和营养补充之间的相互作用以单一处理无法实现的方式塑造了家禽盲肠微生物组。这种相互作用在从门到属的多个尺度上引起了独特的分类学变化。
单独接种疫苗主要促进了与肠道稳态相关的厚壁菌门（Bacillota）多个菌属的富集，这些菌属通常与发酵、营养代谢和黏膜屏障支持有关，暗示疫苗接种可能作为一种选择压力，稳定微生物群落并增强宿主的肠道防御功能。
铁补充的具体形式是微生物群落结构的主要驱动因素。FeSO4和SQM铁都引起了不同的分类单元扰动，但SQM铁通过其“隐藏”铁的特性，可能改变了微生物竞争动态。例如，SQM铁处理显著降低了机会性病原体链球菌（Streptococcus）的丰度。这可能是通过限制病原体获取游离铁，从而抑制其毒力基因激活，为其他稀有菌属创造了更公平的竞争环境，这是一种“抑制解除”机制。
然而，当疫苗接种与铁补充联合使用时，产生了复杂的、非叠加的效应。最引人注目的是，联合处理抑制了几个有益的SCFA产生菌属，同时显著增加了葡萄球菌（Staphylococcus）等菌属。由于16S rRNA基因测序无法区分致病菌株和共生菌株，这些分类学变化对家禽健康的临床意义尚不明确，需要未来结合鸟枪法宏基因组学、培养实验和健康结果监测进行更深入的研究。
本研究在成熟禽类（第49天）进行，此时疫苗菌株可能已从肠道清除，且未检测到沙门氏菌定植。因此，未来的纵向研究需要关注更早的发育时间点，以阐明SQM铁是否通过与疫苗协同作用，在沙门氏菌定植早期阶段发挥抗感染、抗生长或抗传播机制。同时，本研究由于 logistical constraints，每个处理栏只采样了一只鸡，限制了在个体水平上评估微生物组变异的能力，但结果为处理水平的信号提供了重要见解。
总之，这项发表在《Applied and Environmental Microbiology》上的研究强调了整合性管理策略的潜力。将免疫刺激（如减毒活疫苗接种）与靶向微量营养素补充（如SQM铁）相结合，可以重塑家禽肠道微生物群，为改善家禽健康、福利和生产性能，同时增强食品安全提供了新的可能性。然而，研究结果也揭示了其中复杂的微生物权衡关系，在设计和实施此类联合策略时必须仔细考量，以避免在现代生产系统中产生意想不到的后果。随着全球对禽肉需求的持续增长，此类整合策略将为同时优化动物健康与公共安全提供至关重要的“双赢”解决方案。
