抗生素在养猪业的广泛使用促进了抗生素耐药基因的出现和传播，长期使用抗生素治疗猪呼吸道疾病可能会改变肺部微生物组和耐药组的组成。呼吸系统疾病及其治疗受到养猪业和人类健康的高度关注。然而，猪下呼吸道微生物组中抗生素抗性基因（ARG）的组成和分布仍然未知。2023年8月，Yunyan Zhou、Jingquan Li、Fei Huang及其团队在Nature Communications（IF=16.6）上发表了题为“Characterization of the pig lower respiratory tract antibiotic resistome”的文章。
在这项研究中，使用了来自5个野生和家养猪群体的675头实验猪的745个下呼吸道宏基因组来表征抗生素耐药性的组成和分布。同时研究了猪下呼吸道微生物组中 ARG 的组成和分布，探究了与抗生素抗性基因相关的移动遗传元件，并鉴定了猪下呼吸道微生物组中ARG的宿主细菌。比较支气管肺泡灌洗（BAL）液和气管灌洗液样本之间的抗生素耐药性谱，并评估ARG与肺部病变之间的关系。研究发现，实验猪肺部微生物组中丰度最高的猪肺炎支原体不携带ARG，而是携带与可移动遗传元件（MGE）相关的毒力因子基因 (VFG)。数据表明，一些MGE可能会显着促进ARG跨不同细菌物种的水平转移。 tnpA基因作为主要的MGE基因广泛分布于各种细菌物种中，并且与所有人类和猪肺微生物组以及猪肠道微生物组中的不同类型的ARG密切相关。ARG和MGE（Tn916家族和tnpA）之间的大多数连锁复合物也在猪肠道微生物组和人肺微生物组中观察到，表明这些MGE介导ARG向人类和猪健康转移的高风险。但最终五个猪群中MGE组成的丰富度、总丰度和α多样性没有显着差异。γ-变形菌是主要的ARG携带者。出乎意料的是，在肺炎支原体基因组中没有鉴定出ARGs。然而，考虑到tnpA和IS91的存在，未来有必要对肺炎支原体中的ARG进行持续监测。
该文构建了第一个完整的猪下呼吸道微生物组中耐药基因的目录，并通过分析MGEs的分布研究了耐药基因的潜在水平转移。我们还鉴定了耐药基因的宿主菌，并评估了耐药基因与肺病变的关系。研究结果为优化养猪生产中的抗生素使用提供了参考，有助于我们更好地了解猪下呼吸道微生物组的抗生素耐药性对猪肺健康的影响。在未来研究中，结合第二代测序数据高精度和第三代测序数据长序列长度的优势，可以获得更高质量的contigs和宏基因组组装基因组（MAG）。这将有利于深入了解抗生素耐药组和移动组之间的关系，并有助于研究耐药基因的宿主菌。
图一 抗生素抗性基因（ARG）和移动遗传元件（MGE）之间的共丰度网络。图中显示了ARG和MGE之间的关系，其Spearman相关系数≥0.5，P值 < 0.05。节点根据ARG或MGE类型着色。Tn916家族、12个赋予四环素抗性的ARG和与Tn916家族相关的 ARG，以及adeF和5个赋予氨基糖苷类抗性的 ARG，所有这些都与多种MGE相关，以不同颜色的阴影突出显示。源数据以源数据文件的形式提供。MGE的名称以蓝色标记，ARG的名称以黑色标记。文本大小较大的节点意味着该基因与其他基因的连接更多。
图二 肺和气管微生物组抗生素耐药性比较。a肺 (n = 69) 和气管微生物组 (n = 69) 之间 ARG 丰富度（数量）的比较。b肺 (n = 69) 和气管微生物群 (n = 69) 之间总 ARG 丰度的比较。c肺 (n = 69) 和气管微生物群 (n = 69) 之间 ARG 的均匀度（香农指数）比较。d 40种ARG在肺 (n = 69) 和气管微生物群 (n = 69) 之间丰度存在显着差异。这些 ARG 的抵抗机制和抵抗类型在y轴上以不同颜色显示。Y轴上还显示了肺（红色）和气管（绿色）样本中ARG的患病率。 x轴表示 log10转换的相对丰度。e肺 (n = 69)和气管微生物组(n = 69) 之间MGE丰富度（数量）的比较。f 肺 (n = 69) 和气管微生物群 (n = 69) 之间总MGE丰度的比较。g肺 (n = 69)和气管微生物群(n = 69) 之间 ARG 的均匀度（香农指数）比较。所有比较均使用两侧 Wilcoxon检验对来自相同69头猪个体的支气管肺泡和气管灌洗液样本进行。将多次检验校正后的 P < 0.05 (FDR) 设置为显着性阈值。箱线图显示中位数、第25个百分位数和第7个百分位数。晶须的下边界和上边界分别表示最小值和最大值。位于箱线图胡须之外的点代表异常值。
DOI号：10.1038/s41467-023-40587-1
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-40587-1
