第194期：纳米硒对肠道菌群体外生长的影响
论文ID
原名：In vitro growth of gut microbiota with selenium nanoparticles
译名：纳米硒对肠道菌群体外生长的影响
作者：Sheeana Gangadooa, b,c, Benjamin W. Bauer a,b,c, Yadav S. Bajagai a, Thi Thu Hao Vand，Robert J. Moore b, d，Dragana Stanley a, b, c
完成单位：
a Institute for Future Farming Systems, Central Queensland University, Rockhampton, Queensland, 4702, Australia
b Poultry Cooperative Research Centre, University of New England Armidale, New South Wales, 2315, Australia
c School of Health, Medical and Applied Sciences, Central Queensland University, Rockhampton, Queensland, 4702, Australia
d RMIT University, School of Science, Bundoora, Victoria, 3083, Australia
期刊：Animal Nutrition
影响因子：4.492
发表时间：2019-06-27
1、摘要
在过去十年中，纳米颗粒的应用急剧增加，它们已成为人类食品加工中的常见成分，改善了食品的保质期和外观等特性。由于纳米颗粒在控制肠道病原体方面的功效，以及监管机构和消费者推动的去除抗生素生长促进剂的努力，纳米颗粒也引起了畜牧业的极大兴趣。
采用体外培养和16S rRNA基因测序的方法研究了硒纳米颗粒对成熟肉鸡盲肠菌群多样性的影响。收集4只传统饲养的公鸡盲肠菌群，分别在有无硒纳米颗粒的情况下培养48 h，每个技术重复2次。公鸡作为生物变量的作用强于纳米硒在培养基中的作用，对盲肠微生物群落结构和多样性产生中度影响。然而，纳米颗粒显著降低了一种新出现的家禽病原体——肠球菌盲肠OTU的丰度（P < 0.05），这可能对家禽生产具有显著意义，在不对整个微生物群落产生显著干扰的情况下进行靶向的盲肠球菌控制。
2、试验设计
3、结果与分析
图1：研究纳米硒对鸡盲肠样品生长培养影响的体外实验示意图
3.1 样品来源影响总体微生物群组成和丰度
图2：根据样本对肠道微生物区系进行聚类分析
盲肠样品的来源对微生物群落的影响较大，表现出较大的生物多样性。厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门和放线菌门的丰度在4只公鸡之间差异显著（P<0.001）。乳杆菌属（>20%）是所有公鸡的优势菌属，其次是链球菌（>15%）、肠球菌和梭状芽孢杆菌（>5%）。如图2A所示，对未加权和加权的UniFrac矩阵进行了主坐标分析（PCoA），显示了公鸡2和3之间的相似性，而公鸡1和4有所差异（图2B）。
公鸡2、3的微生物区系包括多个在公鸡1、4中未发现的属，如柯林氏菌属、粪杆菌属、松鼠菌属，以及未分类的伯克氏菌目和瘤胃球菌科。4号公鸡具有最独特的微生物区系，以梭状芽胞杆菌为主，乳酸菌丰度低于其他公鸡，而毛球菌属、变形杆菌和未分类的梭状芽胞杆菌和伯克氏菌目的数量较多。
3.2 纳米硒对微生物组成和代谢物产生的影响
图3：纳米硒在OTU水平对公鸡肠道菌群的影响及其对短链脂肪酸的影响
如图3A所示，添加纳米硒显著增加（P<0.05）了20个OTU，减少了8个OTU（P<0.05），其中1个在扩增区域与肠球菌鉴定为100%相同，其次是2个显著减少的肠球菌OTU（图3B）。纳米硒对包括致病性盲肠球菌在内的肠球菌OTU有明显的抑制作用，而乳杆菌属和链球菌属被重新排列，一些OTU显著减少，另一些显著增加。虽然纳米硒处理与某些特定OTU丰度的变化相关，但群体相似性的ANOSIM多变量分析表明，纳米硒（P=0.991）或额外的24小时孵育（P=0.55）对肠道微生物组成没有影响。此外，α多样性指数（Shannon指数、丰富度和均匀度）也不受纳米硒和孵育时间的影响（P > 0.05）。添加纳米硒对短链脂肪酸产量无影响（采用t检验），见图3C。
3.3 肠道菌群与短链脂肪酸的相互作用
表4：短链脂肪酸（SCFA）与微生物群落的相互作用。
PERMANOVA结果显示，短链脂肪酸产量与菌群组成显著相关（P=0.00067），RDA结果显示微生物组成与短链脂肪酸极显著相关（P < 0.01）。5种单链脂肪酸、乙酸、丁酸、异丁酸（IBA）、丙酸和戊酸与一些分类群的丰度相关（图4A）。戊酸和异丁酸有很强的相关性（P<0.001；R>0.85），属于同一属，包括阿德勒克雷氏菌、硫化弧菌、微杆菌、未分类的巴氏杆菌科、未分类的螺旋杆菌科和WPS 2（图4B）。丁酸和乙酸同属一个未分类的梭状芽孢杆菌属，表现出很强的相关性（P<0.001；R>0.85）。丁酸与梭状芽孢杆菌呈正相关（P<0.001；R=0.86），与未分类链球菌呈负相关（P<0.001；R=-0.90）。
4 结论
本研究数据表明，纳米硒显著降低了家禽病原体——肠球菌盲肠OTU的丰度（P < 0.05），这可能对家禽生产具有显著意义，在不对整个微生物群落产生显著干扰的情况下进行靶向的盲肠球菌控制。在非常规饲养的禽类中操纵微生物群具有巨大的未开发潜力，并可能为未来工业家禽的微生物群提供有用的信息。纳米颗粒的应用，经过仔细的优化，可以帮助揭示一系列未知的细菌物种及其在有益微生物产品表达中的作用。
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