新聞科研進展
長期以來，各種細菌性疾病的頻繁暴發被認為是水產養殖業發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，幾十年來疫苗一直在水產養殖疾病控制中發揮著關鍵作用，促進了水產行業的可持續發展。此外，經過數百萬年的共同進化，共生菌群已經成為魚類的必要組成部分，在魚類的健康和疾病中發揮著至關重要的作用。其中，腸道菌群參與魚體的許多重要生理過程，如促進消化和代謝，刺激免疫系統的發育，以及防止條件致病菌的附著和增殖等。
考慮到疫苗誘導系統免疫和粘膜免疫的能力，魚類腸道微生物群落可能是疫苗開發中一個重要的、被低估的因素。醫學上已經注意到腸道菌群組成會影響疫苗的效率，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有抑制作用？以及疫苗接種對腸道菌群的改變是否會影響腸道代謝？
中國科學院水生生物研究所李愛華研究員團隊長期從事魚類病原微生物學相關研究，近年來在水生動物共生微生物領域開展了大量研究工作，對魚類、蝦蟹等水產經濟動物共生微生物的結構、組成和功能特征進行了深入研究（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）及疾病（Li et al. 2016; Wu et al. 2021b; Zhang et al. 2021）的密切關系，拓展了對水生動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，為水產動物健康養殖與疾病防控提供了新的思路與重要線索。
近期，李愛華研究團隊以羅非魚為研究對象，采用多組學聯用方法，揭示疫苗接種對羅非魚共生菌群的影響規律，發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。
研究人員通過對羅非魚腹腔注射二聯滅活疫苗（嗜水氣單胞菌-維氏氣單胞菌），并進行為期45天的養殖實驗后，評估了羅非魚免疫功能、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。研究發現，滅活疫苗對腸道粘膜菌群的結構和組成有顯著影響，但對其他共生位點菌群無顯著影響，表明疫苗接種對魚類共生菌群的影響具有區域特異性（圖1）。
圖1. 疫苗接種對羅非魚共生微生物群落結構的影響結果
此外，免疫組羅非魚血清球蛋白、白球比、溶菌酶含量和超氧化物歧化酶活性顯著升高且均檢測到抗體效價。與對照組相比，免疫組羅非魚腸粘膜中埃希氏菌-志賀氏菌屬（Escherichia-Shigella）、不動桿菌屬（Acinetobacter）和氣單胞菌屬（Aeromonas）等潛在機會病原菌的相對豐度顯著減少，鑒于腸道是多數病原菌感染魚類的主要通道，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現，乳酸、琥珀酸和葡萄糖酸等碳水化合物相關代謝物的濃度在免疫組羅非魚腸道中顯著升高，而多種脂質相關代謝物的濃度在免疫組羅非魚腸道中顯著降低（圖2），表明疫苗接種影響了羅非魚腸道的代謝功能。
圖2. 疫苗接種對羅非魚腸道代謝產物的影響結果
進一步分析發現，腸弧菌屬（Enterovibrio）、屠場桿菌屬（Macellibacteroides）、羅爾斯通菌屬（Ralstonia）、脫硫桿菌屬（Desulfomonile）、水棲菌屬（Enhydrobacter）、泉發菌屬（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的相關性（圖3），表明疫苗接種對羅非魚腸道代謝的影響與腸道微生物的變化密切相關。
圖3. 羅非魚腸道差異微生物與差異代謝產物的相關性結果
該研究揭示了魚類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性，為進一步研究魚類共生菌群在疫苗保護機制中的作用提供了新的見解。此外，疫苗接種后顯著改變的腸道微生物和代謝產物，可作為益生菌（或益生元）開發的潛在指標，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)”為題發表于國際著名學術期刊Microbiome上。水生所李愛華研究員為論文通訊作者，水生所博士畢業生吳振兵為論文第一作者，水生所張倩倩實驗師、碩士生楊繼成以及青島農業大學章晉勇教授等參與了該項工作。該研究得到國家自然科學基金（No. 32073023）、國家重點研發計劃課題（No. 2020YFD0900300）以及武漢市科技專項（No. 2019020701011480）等項目的資助。
論文鏈接：https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-022-01409-6
相關進展文獻：
Li T, Long M, Li A* et al. Comparative analysis of the intestinal bacterial communities in different species of carp by pyrosequencing. Microb Ecol. 2015; 69(1):25-36.
Li T, Long M, Li A* et al. Alterations of the gut microbiome of largemouth bronze gudgeon (Coreius guichenoti) suffering from furunculosis. Sci Rep. 2016; 6:30606.
Li T, Long M, Li A* et al. Multi-omics analysis reveals a correlation between the host phylogeny, gut microbiota and metabolite profiles in cyprinid fishes. Front Microbiol. 2017; 8:454.
Wu Z, Li T, Li A* et al. Significant improvement of intestinal microbiota of gibel carp (Carassius auratus gibelio) after traditional Chinese medicine feeding. J Appl Microbiol. 2018; 124(3):829-841.
Wu Z, Zhang Q, Li A* et al. High-throughput sequencing reveals the gut and lung prokaryotic community profiles of the Chinese giant salamander (Andrias davidianus). Mol Biol Rep. 2019; 46(5):5143-5154.
Wu Z, Wang S, Li A* et al. Assessing the intestinal bacterial community of farmed Nile tilapia (Oreochromis niloticus) by high-throughput absolute abundance quantification. Aquaculture. 2020; 529:735688.
Wu Z, Zhang Q, Li A* et al. Taxonomic and functional characteristics of the gill and gastrointestinal microbiota and its correlation with intestinal metabolites in NEW GIFT strain of farmed adult Nile tilapia (Oreochromis niloticus). Microorganisms. 2021a; 9(3):617.
Wu Z, Zhang Q, Li A* et al. Association of the microbiota dysbiosis in the hepatopancreas of farmed crayfish (Procambarus clarkii) with disease outbreaks. Aquaculture. 2021b; 536:736492.
Zhang Q, Lin Y, Li A* et al. Etiological characteristics of "tail blister disease" of Australian redclaw crayfish (Cherax quadricarinatus). J Invertebr Pathol. 2021; 184:107643.
Hao J, Wang S, Li A* et al. Attenuated Streptococcus agalactiae WC1535 ？Sia perturbs the gut microbiota of Oreochromis niloticus, massively colonizes the intestine, and induces intestinal mucosal immunity after intraperitoneal inoculation. Front Microbiol. 2022; 1036432.