猪场抗生素抗性基因传播研究

猪场抗生素抗性基因传播研究 生物气溶胶核酸提取案例

应用场景：猪场生物气溶胶核酸提取

 研  究  背  景 

背景介绍

抗生素在全球畜牧业中广泛使用，畜禽粪便中存在大量的抗生素抗性基因（ARGs），传播到环境中，对生态系统和人类健康构成了威胁，但很少有研究关注空气传播的ARGs在养猪场中的分布情况。如猪场中粪便对其室内空气质量的影响作用，不同季节(冬季和夏季)时各种环境变化(如温度、速度、相对湿度和颗粒)对猪场空气中ARGs传播的影响，以及空气ARGs的主要传播途径均不清楚，本研究调查了规模化养猪场在冬季和夏季时空气和粪便样本的抗生素抗性基因(ARGs)、移动遗传元件(MGEs，包括质粒、转座子、整合子和噬菌体等)和细菌群落的变化。

 研  究  过  程 

样品收集及DNA提取

空气样本：空气总悬浮微粒(TSP)采样器，玻璃微纤维滤膜，连续收集6小时，夏季样本SA，冬季样本WA。收集后将滤膜切成小块，并进行超声处理，之后采用  MP Bio公司的FastDNA Spin Kit For Soil(货号：116560200)进行DNA提取。

粪便样本：收集后同样用FastDNA Spin Kit For Soil(货号：116560200)进行DNA提取夏季样本SF，冬季样本WF。

空气和粪便中ARGs和MGEs的变化

使用qRCR方法对一些目标ARGs/MGEs进行定量，比较空气中ARGs和MGEs浓度发现冬季高于夏季；比较粪便样本中ARGs和MGEs丰度发现冬季高于夏季，而高丰度MGEs(Is613)可以增强ARGs在空气环境中的传播。

冬季和夏季（a）空气和（b）粪便中ARGs和MEGs丰度变化

空气和粪便中的细菌群落结构的变化

对微生物采用高通量16S测序，得到冬季和夏季空气和粪便样本中的细菌群落结构。门水平上，厚壁菌门占主要地位（≥51.2%）；属水平上，Clostridium、Streptococcus是所有样品中的优势细菌。

冬季空气和粪便中门水平微生物群落组成

夏季空气和粪便中门水平微生物群落组成

冬季和夏季空气和粪便中属水平微生物群落组成

ARGs和细菌群落之间的关系

对相对丰度高于2%的属进行研究发现：冬季，排在前11位的5个属(包括Lactobacillus、Prevotella、Prevotella、Blautia和Muribaculaceae)与ARGs /MGEs显著相关(p < 0.05)；夏季则有3个属显著相关。这表明这些属可能对生物气溶胶中ARGs的分布有显著影响。Prevotellaceae和Ochrobactrum与ARGs特别是四环素耐药基因之间具有较强的显著相关性，提示它们可能是这些ARGs在空气样本中的宿主。

 (左) 冬季 (右)夏季

与环境变量之间的关系

 研  究 总  结  

生物气溶胶是猪场抗生素耐药性传播不可或缺的途径，其抗生素抗性基因(ARGs)和移动遗传元件(MGEs，包括质粒、转座子、整合子和噬菌体等)含量非常丰富多样。环境因素对ARGs和MGEs传播具有影响。冬季猪舍由于需要保温，风速低，猪舍内ARGs和MGEs积累，浓度高于夏季。而夏季猪舍增加通风，虽然会导致ARGs和MGEs浓度下降，但是会有向猪舍外扩散的风险。温度与ARGs/MGEs和宿主细菌群落呈正相关，这是因为当温度降低时，不利于细菌的增殖和扩散。相对湿度与宿主细菌呈负相关，这是因为高RH(>80%)可以降低空气中总需氧细菌的浓度。而PM2.5与空气中大部分ARGs/MGEs在夏季呈正相关，冬季呈负相关。这可能是受颗粒大小的影响，冬季颗粒大于夏季，而较大颗粒可能含有有毒、有害物质,可以抑制细菌的生长。

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试剂盒不含有害有机试剂。

DNA产量高、纯度高。

高效去除腐殖酸和RCR抑制剂。