The Innovation | 合成微生物组有望引领后抗生素时代家禽产业技术创新与变革

导

读

禽肉和禽蛋是人类食物中最重要、最廉价的动物蛋白来源，家禽产业的可持续发展对保障人类的蛋白供应意义重大。在全球倡导“减抗”、“禁抗”的背景下，利用合成微生物组学技术调控家禽肠道微生物，减少家禽疫病、改善家禽肠道健康、提高饲料利用效率，是实现家禽产业可持续发展的重要途径之一。

图1 图文摘要

随着世界各国社会经济的快速发展，全球对禽类产品需求不断增加，对家禽产业的健康、可持续发展提出了更高要求。自19世纪50年代抗生素被发现具有促进动物生长、提高饲料转化效率的作用以来，各类抗生素被作为饲料添加剂广泛用于动物养殖。然而，养殖业抗生素的大量使用，导致细菌耐药性不断增强，新型耐药细菌不断出现，给人类健康带来了极大的风险。当前，世界各国已充分认识到这一问题的严重性，相继出台法律法规禁止抗生素作为饲料添加剂用于动物养殖，并限制用于动物疾病治疗的抗生素使用量。

近年来，在动物营养学领域，寻找抗生素替代物已经成为国际上热门的研究方向。然而，目前所有饲料端替抗物质均无法达到抗生素同等效果，饲料中的低剂量抗生素如何促进动物生长并提高饲料利用率这一基本科学问题仍未得到解答。随着人们对肠道微生物研究的不断深入，有证据表明抗生素的促生长作用源于其对动物肠道微生物组成结构的调控，从而改变了微生物及宿主的生理代谢途径，而非传统观点所认为的抗微生物感染作用。目前具有替抗潜力的饲料添加剂包括益生菌、益生元、有机酸、酶制剂、植物提取物等均被证实可调控动物肠道菌群组成结构及代谢功能。

禽类肠道中含有大量微生物，在宿主生长发育及免疫调控等过程中发挥着重要作用。除了通过抗生素及其替代物调控禽类肠道微生物的组成结构之外，已有研究表明可通过粪便菌群移植手段提高禽类的生产性能、抗病能力等表型。然而，在当前大规模集约化的禽类生产实践中，粪便菌群移植的可操作性有限，并且存在结果不确定性及安全性等问题。因此，我们提出，合成微生物组（又称：合成微生物群落）技术有望在未来成为调控家禽肠道微生物，提高动物生产效率的重要途径。特定功能的合成微生物组可用于提高家禽营养吸收利用、调控免疫/减少病原感染、防治代谢性疾病、提升肉蛋品质及风味等。此外，合成微生物组可用于饲料发酵及养殖废弃物处理等多个家禽生产环节。

为实现合成微生物组对动物表型的调控作用，大量研究工作需要开展，包括以下五个方面：

（1）深入研究并厘清肠道微生物在家禽疾病和健康中的作用和机制；

（2）通过培养组学获得微生物纯培养物并从菌株水平开展功能研究；

（3）充分考虑并研究微生物间互惠、共生、竞争和拮抗关系，从而设计稳定的合成微生物组；

（4）研究并建立合成微生物组在动物生产实际中的应用策略；

（5）合成微生物组应用于家禽产业需要微生物学、动物科学、计算生物学、工程学等多学科通力合作方能实现。

总结与展望

“减抗”、“禁抗”措施对于减少药物残留及细菌耐药性的发生发展，保障食品安全具有重要意义，但对养殖业健康发展提出了新的挑战。通过合成微生物组学技术调控家禽肠道微生物、提高动物生产效率，同时减少饲料浪费和环境污染是促进家禽产业可持续发展的重要突破口之一。大力开展合成微生物组应用于家禽产业的基础研究，有望形成变革性技术进而推动产业革新；多学科交叉的创新性工作是实现这一目标的必经之路。

责任编辑

韩永明    北京化工大学

姜   鹏    中国极地研究中心

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原文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(22)00153-9

本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第三卷第六期以Commentary发表的“Synthetic microbiome for a sustainable poultry industry” (投稿: 2022-09-22；接收: 2022-11-25；在线刊出: 2022-11-26)。

DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2022.100357

引用格式：Hu Y., Liu D., Jin X., et al. (2022). Synthetic microbiome for a sustainable poultry industry. The Innovation. 3(6),100357.

作者简介

胡永飞，中国农业大学教授，博士生导师。中国农业大学青年科学家创新团队负责人。主要从事动物肠道微生物组及细菌耐药等研究工作。作为主要参加人和主持人先后承担了国家高技术研究发展计划（863）、卫生部科技重大专项、国家重点基础研究发展计划（973）、国家重点研发计划、国家自然科学基金和北京市自然科学基金等项目10余项。以第一或通讯作者在Nature Communications、The Lancet Infectious Diseases、Microbiome等杂志上发表SCI论文40余篇，申请及授权国内发明专利7项；参编国家卫计委“十二五”规划教材1部，其他著作3部，副主编科普书籍1部，审校译著1部。中国科学院青年创新促进会第5批会员；中国生物工程学会终身会员、微生物组学与技术专业委员会委员。

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