新聞科研進(jìn)展
長(cháng)期以來(lái)，各種細菌性疾病的頻繁暴發(fā)被認為是水產(chǎn)養殖業(yè)發(fā)展的主要制約因素和持續挑戰之一。作為預防各種細菌性疾病的有效方法，幾十年來(lái)疫苗一直在水產(chǎn)養殖疾病控制中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用，促進(jìn)了水產(chǎn)行業(yè)的可持續發(fā)展。此外，經(jīng)過(guò)數百萬(wàn)年的共同進(jìn)化，共生菌群已經(jīng)成為魚(yú)類(lèi)的必要組成部分，在魚(yú)類(lèi)的健康和疾病中發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用。其中，腸道菌群參與魚(yú)體的許多重要生理過(guò)程，如促進(jìn)消化和代謝，刺激免疫系統的發(fā)育，以及防止條件致病菌的附著(zhù)和增殖等。
考慮到疫苗誘導系統免疫和粘膜免疫的能力，魚(yú)類(lèi)腸道微生物群落可能是疫苗開(kāi)發(fā)中一個(gè)重要的、被低估的因素。醫學(xué)上已經(jīng)注意到腸道菌群組成會(huì )影響疫苗的效率，但是疫苗接種對腸道菌群特別是粘膜菌群的影響還知之甚少。比如，細菌性疫苗接種對腸道菌群有沒(méi)有穩定作用？疫苗接種對于特定病原在腸道的定植和繁殖有沒(méi)有抑制作用？以及疫苗接種對腸道菌群的改變是否會(huì )影響腸道代謝？
中國科學(xué)院水生生物研究所李?lèi)?ài)華研究員團隊長(cháng)期從事魚(yú)類(lèi)病原微生物學(xué)相關(guān)研究，近年來(lái)在水生動(dòng)物共生微生物領(lǐng)域開(kāi)展了大量研究工作，對魚(yú)類(lèi)、蝦蟹等水產(chǎn)經(jīng)濟動(dòng)物共生微生物的結構、組成和功能特征進(jìn)行了深入研究（Li et al. 2015; Li et al. 2017; Wu et al. 2019; Wu et al. 2020; Wu et al. 2021b; Zhang et al. 2021），并揭示了消化系統（腸道、肝胰腺等）共生微生物與宿主免疫（Wu et al. 2018; Hao et al. 2022）、代謝（Li et al. 2017; Wu et al. 2018; Wu et al. 2021a）及疾?。?/span>Li et al. 2016; Wu et al. 2021b; Zhang et al. 2021）的密切關(guān)系，拓展了對水生動(dòng)物共生微生物群落的組裝規律及其與宿主互作的深刻認識，為水產(chǎn)動(dòng)物健康養殖與疾病防控提供了新的思路與重要線(xiàn)索。
近期，李?lèi)?ài)華研究團隊以羅非魚(yú)為研究對象，采用多組學(xué)聯(lián)用方法，揭示疫苗接種對羅非魚(yú)共生菌群的影響規律，發(fā)現由疫苗接種誘導的腸道共生菌群變化介導腸道代謝的改變。這一研究闡明了羅非魚(yú)對疫苗接種的微生物和代謝響應，為理解疫苗的保護機制提供了新的視角。
研究人員通過(guò)對羅非魚(yú)腹腔注射二聯(lián)滅活疫苗（嗜水氣單胞菌-維氏氣單胞菌），并進(jìn)行為期45天的養殖實(shí)驗后，評估了羅非魚(yú)免疫功能、共生微生物（鰓、胃腸道黏膜及內容物）以及腸道代謝物的變化。研究發(fā)現，滅活疫苗對腸道粘膜菌群的結構和組成有顯著(zhù)影響，但對其他共生位點(diǎn)菌群無(wú)顯著(zhù)影響，表明疫苗接種對魚(yú)類(lèi)共生菌群的影響具有區域特異性（圖1）。
圖1. 疫苗接種對羅非魚(yú)共生微生物群落結構的影響結果
此外，免疫組羅非魚(yú)血清球蛋白、白球比、溶菌酶含量和超氧化物歧化酶活性顯著(zhù)升高且均檢測到抗體效價(jià)。與對照組相比，免疫組羅非魚(yú)腸粘膜中埃希氏菌-志賀氏菌屬（Escherichia-Shigella）、不動(dòng)桿菌屬（Acinetobacter）和氣單胞菌屬（Aeromonas）等潛在機會(huì )病原菌的相對豐度顯著(zhù)減少，鑒于腸道是多數病原菌感染魚(yú)類(lèi)的主要通道，疫苗的這種保護機制可能具有重要地位。
對腸道代謝物分析發(fā)現，乳酸、琥珀酸和葡萄糖酸等碳水化合物相關(guān)代謝物的濃度在免疫組羅非魚(yú)腸道中顯著(zhù)升高，而多種脂質(zhì)相關(guān)代謝物的濃度在免疫組羅非魚(yú)腸道中顯著(zhù)降低（圖2），表明疫苗接種影響了羅非魚(yú)腸道的代謝功能。
圖2. 疫苗接種對羅非魚(yú)腸道代謝產(chǎn)物的影響結果
進(jìn)一步分析發(fā)現，腸弧菌屬（Enterovibrio）、屠場(chǎng)桿菌屬（Macellibacteroides）、羅爾斯通菌屬（Ralstonia）、脫硫桿菌屬（Desulfomonile）、水棲菌屬（Enhydrobacter）、泉發(fā)菌屬（Crenothrix）和博斯氏菌屬（Bosea）等腸道差異微生物與腸道差異代謝物具有顯著(zhù)的相關(guān)性（圖3），表明疫苗接種對羅非魚(yú)腸道代謝的影響與腸道微生物的變化密切相關(guān)。
圖3. 羅非魚(yú)腸道差異微生物與差異代謝產(chǎn)物的相關(guān)性結果
該研究揭示了魚(yú)類(lèi)共生菌群對疫苗接種的響應及其與宿主免疫和代謝的相關(guān)性，為進(jìn)一步研究魚(yú)類(lèi)共生菌群在疫苗保護機制中的作用提供了新的見(jiàn)解。此外，疫苗接種后顯著(zhù)改變的腸道微生物和代謝產(chǎn)物，可作為益生菌（或益生元）開(kāi)發(fā)的潛在指標，以增強疫苗的療效。
該研究近期以“Significant alterations of intestinal symbiotic microbiota induced by intraperitoneal vaccination mediate changes in intestinal metabolism of NEW Genetically Improved Farmed Tilapia (NEW GIFT, Oreochromis niloticus)”為題發(fā)表于國際著(zhù)名學(xué)術(shù)期刊Microbiome上。水生所李?lèi)?ài)華研究員為論文通訊作者，水生所博士畢業(yè)生吳振兵為論文第一作者，水生所張倩倩實(shí)驗師、碩士生楊繼成以及青島農業(yè)大學(xué)章晉勇教授等參與了該項工作。該研究得到國家自然科學(xué)基金（No. 32073023）、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃課題（No. 2020YFD0900300）以及武漢市科技專(zhuān)項（No. 2019020701011480）等項目的資助。
論文鏈接：https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-022-01409-6
相關(guān)進(jìn)展文獻：
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