《Journal of Animal Science and Biotechnology》：Dietary iron and metal-based growth promoters differentially modulate the gut resistome and Escherichia coli virulome in weaned pigs
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背景：高水平氧化锌（ZnO）和硫酸铜广泛用作断奶后仔猪日粮中的替代生长促进剂。然而，过量暴露于这些金属可能驱动重金属（HMR）和抗生素耐药性（AMR）的共选择。保育日粮通常含有大量铁以抵消植物源性铁的低生物利用率，但膳食铁如何影响断奶仔猪肠道生态失调和微生物耐
背景：高水平氧化锌（ZnO）和硫酸铜广泛用作断奶后仔猪日粮中的替代生长促进剂。然而，过量暴露于这些金属可能驱动重金属（HMR）和抗生素耐药性（AMR）的共选择。保育日粮通常含有大量铁以抵消植物源性铁的低生物利用率，但膳食铁如何影响断奶仔猪肠道生态失调和微生物耐药性尚不清楚。本探索性研究利用鸟枪法宏基因组学和全基因组测序（WGS）检测了膳食铁和金属基生长促进剂对断奶仔猪粪便耐药组的影响。方法：将50头断奶仔猪分层并随机分配到五种膳食处理24天。实验日粮包括基础日粮（Con，含Cu 25、Fe 139、Zn 141 mg/kg）、低铁日粮（LFe，19 mg Fe/kg）、高铁日粮（HFe，1,219 mg Fe/kg）、高铜日粮（HCu，257 mg Cu/kg）和高锌日粮（HZn，2,631 mg Zn/kg，其中2,490 mg Zn/kg来自ZnO）。所有仔猪在d 13–16口服F18肠毒素性大肠杆菌（ETEC）。在d 24对粪便DNA（n = 24）进行宏基因组测序，以鉴定HMR基因（BacMet Predicted数据库）和AMR基因（CARD数据库）。使用HUMAnN3进行功能注释。对d 1、12和24粪便培养的120株大肠杆菌分离株进行全基因组测序（WGS），并利用ABRicate从重叠群组装中鉴定AMR和毒力基因。结果：与Con相比，膳食金属处理显著改变了HMR基因的β多样性，其中HZn与HCu和LFe均存在差异（P < 0.05）。粪便铁水平与编码含铁超氧化物歧化酶的sodB相关（ρ = 0.64, P = 0.075），而粪便铜水平与质粒介导的铜抗性基因pcoC相关（ρ = 0.66, P = 0.075）。在宏基因组中鉴定出172个AMR基因，以糖肽类和四环素类耐药为主。虽然膳食铁对粪便AMR谱影响甚微，但HZn诱导了耐药组的最大偏移，包括移动遗传元件上的氨基糖苷类耐药基因ant(9)-la和编码多药外排泵的adeF的增加（P < 0.05）。功能分析显示HZn组碳水化合物代谢通路富集（P < 0.05）。大肠杆菌分离株的WGS显示，HZn处理下d 24的AMR谱独特，LFe处理下d 12的毒力谱独特，表现为外毒素和III型分泌系统（T3SS）基因流行率增加（P < 0.05）。结论：限制膳食铁增强了大肠杆菌毒力基因，而过量的ZnO诱导了肠道耐药组和微生物代谢最显著的变化，凸显了AMR共选择的风险及对肠道微生物群的显著影响。
该研究针对断奶仔猪腹泻防控中抗生素替代品（如金属基生长促进剂）的应用现状，探讨了过量金属暴露对肠道微生物耐药性及病原菌毒力的潜在影响。研究背景指出，随着抗生素作为生长促进剂的禁令实施，氧化锌（ZnO）和硫酸铜因能有效预防断奶后腹泻（PWD）而被广泛使用，但其导致的重金属排放及潜在的抗生素耐药性（AMR）共选择风险引发担忧。同时，日粮中铁的高添加量虽旨在弥补植物源铁的低生物利用率，但其对肠道菌群耐药组及毒力组的具体调控机制尚不明确。为此，研究人员开展了这项探索性研究，旨在通过宏基因组学和全基因组测序技术，解析膳食铁及金属基生长促进剂对仔猪肠道耐药组及大肠杆菌毒力组的差异化影响。研究结果表明，过量锌暴露是驱动肠道耐药组变化的主要因子，而铁限制则可能增加病原菌的毒力潜力。该研究成果发表在《Journal of Animal Science and Biotechnology》，为优化仔猪营养策略以降低AMR传播风险提供了重要的数据支撑。
关键技术方法包括：选取50头断奶仔猪分为5组（对照组Con、低铁组LFe、高铁组HFe、高铜组HCu、高锌组HZn）进行24天饲喂试验，期间口服攻毒F18肠毒素性大肠杆菌（ETEC）。采集粪便样本进行宏基因组测序，利用BacMet和CARD数据库分别注释重金属抗性（HMR）及抗生素抗性（AMR）基因，并通过HUMAnN3进行功能通路分析。此外，对不同时期分离的120株大肠杆菌进行全基因组测序（WGS），利用ABRicate软件鉴定其AMR及毒力因子基因谱。
研究结果如下：
宏基因组HMR基因谱
分析显示，HZn组显著改变了HMR基因的α多样性及β多样性。相关性分析表明，粪便铁浓度与sodB基因正相关，铜浓度与pcoC基因正相关。HZn处理显著增加了bexA并降低了arsC、acn和copB等基因丰度。
宏基因组AMR基因谱
共鉴定出172个AMR基因，四环素类耐药基因占主导地位。HZn组相比其他组表现出独特的AMR谱，显著增加了ant(9)-la、adeF及cblA-1等基因的相对丰度，提示ZnO可能通过选择携带特定耐药基因的菌株或促进其水平转移来改变肠道耐药组。
宏基因组功能注释
功能分析揭示HZn组富集了多种碳水化合物代谢通路（如GDP-甘露糖生物合成、淀粉降解等），同时减少了厌氧能量代谢及维生素K2（menaquinol-8）和叶酸相关生物合成通路，表明高锌环境可能抑制肠道菌群的正常代谢功能。
大肠杆菌基因组的AMR和毒力基因谱
对大肠杆菌分离株的分析显示，LFe组在d 12时表现出独特的毒力谱，其外毒素及T3SS相关基因（如iuc簇、iutA）的流行率显著高于高铁或高锌组。而在d 24，HZn组的大肠杆菌表现出独特的AMR谱，主要由氨基糖苷类（如aadA2、aph(3')-Ia）和氟喹诺酮类耐药基因驱动，且与对照组及其他处理组存在显著差异。
讨论部分总结指出，本研究证实了过量锌暴露可通过改变肠道菌群组成及功能，驱动AMR基因（特别是与移动遗传元件相关的基因）的共选择，这与环境中重金属污染促进AMR传播的机制类似。而铁限制条件下，大肠杆菌通过上调铁摄取系统（如气杆菌素受体iutA）及T3SS毒力因子来增强其定植与致病潜能，这揭示了宿主营养竞争对病原菌进化的压力。尽管铜处理与特定的铜抗性基因（pcoC）相关，但其对整体AMR谱的影响不如锌显著。研究结论强调，在利用金属添加剂防控仔猪腹泻时，需权衡其生长效益与潜在的公共卫生风险，特别是高锌日粮可能加剧AMR在畜禽与人类之间的传播。
