如何研究瘤胃微生物组，改善牛的健康与生产效率？

这是《肠道产业》第 611 篇文章

编者按

随着世界人口的持续增长，如何进一步提高奶牛和肉牛的生产效率和环境可持续性成为了当前紧迫的任务。近年来的研究发现，瘤胃微生物组对牛的健康和生产效率具有一定的影响。那么我们应该如何研究瘤胃微生物组呢？

今天，我们共同关注瘤胃微生物，特别解读一篇 2020 年发表在 Annual Review of Animal Biosciences 杂志上题为“The Role of the Gut Microbiome in Cattle Production and Health: Driver or Passenger？”的文章。希望本文能够为相关的产业人士和诸位读者带来一些启发和帮助。

瘤胃微生物组成

近年来，人们越来越重视瘤胃微生物组的组成和功能，以及其与甲烷排放等环境和经济因素间的关系。然而，2020 年发表在 Annual Review of Animal Biosciences 杂志上的一篇综述指出1，一种新的、更全面的瘤胃微生物组研究方法可能会为进一步的改进提供必要的答案。
反刍动物在农业生产中发挥着重要作用，反刍动物的瘤胃及其微生物组在帮助奶牛和肉牛消化和吸收饲料中的营养物质上，发挥着至关重要的作用。
在世界上的许多地方，人们都会将反刍动物养殖在不适合种植作物的土地上。它们将顽固性饲料，包括废弃的副产品，如干酒糟和低质量的饲料，转化为人类食用的宝贵蛋白质。
几十年来，研究人员一直在研究瘤胃微生物组的作用。研究表明，影响瘤胃微生物组成和功能的因素有多种，包括饮食、遗传、年龄、性别和地理位置。然而，这一领域还需要更多的研究。
“我们想要更好地了解食物是如何被消化的，以及动物是如何利用这些微生物作为获取营养的主要手段，从食物中获取能量。”该论文的作者之一André Luis Neves 解释道。
“如果这个复杂的微生物群体存在不平衡，当然会对健康产生负面影响。” 位于巴西阿拉卡茹的 Embrapa 奶牛研究分析师 Neves 说。
“同样重要的是，为了宿主的健康，了解这些相互作用也很重要，”他补充说，“这些微生物与免疫系统也有关。”
研究人员还做了很多工作，比如探究是否可以通过饮食或添加像 3-NOP 等这样的添加剂，来控制瘤胃中的微生物种类。
目前已知，影响瘤胃甲烷生成速率和强度的因素有很多。其中，饮食成分可以影响可测量的瘤胃 CH4 的产量。例如，高草料饮食（High-forage diets）比富含浓缩物的饮食（concentrate-rich diets）产生更多的 CH4。
“虽然简单地将草料从牛饲料中移除似乎有利可图，但高淀粉饮食会导致瘤胃 pH 值的降低，从而可能会导致微生物群落和发酵的失衡，并导致亚急性瘤胃酸中毒。”该论文解释道。

遗传学也起作用

最近的研究表明，遗传性也可能在牛肉和奶牛的某些瘤胃细菌中发挥作用。如果能在宿主和微生物组之间找到明确的遗传关系，研究人员相信，有可能通过遗传选择，以宿主为目标优化微生物组，而不是像目前的做法那样，反过来进行这一切。
“宿主遗传学是否影响瘤胃的定殖模式尚不清楚，但如果这可以通过多组学框架得到证实，那么就有可能选择一种更有利的定殖模式，这种模式可以通过饮食或管理干预来进行持续控制。”这篇论文说。
Neves 补充说：“你需要支持一个更有利于提高动物饲料效率、减少甲烷排放和帮助牲畜生产的微生物群落的生长。”
图.下消化道在犊牛发育过程中起着重要的作用。

需要标准化的新方法

为了更好地了解瘤胃微生物组的作用，以及决定其组成和功能的因素，作者提出，采用更全面的统计分析方法可能是必要的。
“策略应该是相似的，因为这个问题是全球性的。”Neves 说。他指出，甲烷排放对全球环境的影响就是一个例子。
“如果你有一个更全球化的方法，你就能解决这个问题。”他补充道。
Neves 说，尽管高通量测序技术在从不同样本收集数据方面的优势很明显，但对这些数据的分析却具有挑战性。
Neves 在文章中写道，高通量测序工作受到一系列偏差的影响，包括样本采集方法、分析前样本保存的方法和持续时间、核酸提取方案和测序技术的选择。最重要的是，用于分析高通量测序数据的生物信息学工具的一致性还没有得到广泛的比较。
使用错误的方法分析数据会有造成假阳性的风险，进而导致研究人员得出不准确的结论。基于这个原因，Neves 相信未来标准化分析将是非常重要的。这样做将有助于进一步验证在世界各地进行的科学研究。

瘤胃之外

尽管关于瘤胃在饲料效率方面的作用及其对环境的影响的研究很多，但对下消化道微生物组知之甚少。但是，根据加拿大阿尔伯塔大学的 EóinO'Hara 博士和他的同事最近发表的一篇综述，越来越多的证据表明，下消化道（GIT）及其微生物菌群对牛的生产和健康也起着重要作用。
下消化道也被称为胃后肠，由小肠和后肠区域组成。研究人员可以肯定的是，下消化道在犊牛发育过程中发挥着重要作用。初生牛犊和幼牛犊的瘤胃尚未发育完全，它最初的营养大部分来自初乳。
“你越了解下消化道和下消化道中的微生物与宿主之间的相互作用（在这种情况下，是指小牛），就越明白理解免疫球蛋白是如何携带小牛所需要的抵抗某些疾病的抗体，并在这部分肠道中发挥作用的重要性。”  Neves 解释道。
他补充说：“这是研究犊牛下消化道的关键。”但是，目前很少有人对成年反刍动物的下消化道进行研究。因此，这篇论文的作者建议，未来的研究也应该包括对下消化道微生物组的分析。

寻找最佳的肠道微生物群

最后，这篇论文呼吁思维方式的转变，呼吁微生物组研究人员将他们的研究重点从关联性转移到基于因果关系和机制的研究上来。这篇论文建议研究人员放弃目前的“零散的方法”，以换取更多的微生物组范围的关联研究。这样做将有助于最终确定积极促进宿主表型的微生物途径。反过来，这又能让他们在任何特定环境下找到最佳的肠道微生物组。
参考文献：
1.O'Hara E, Neves A L A, Song Y, et al. The Role of the Gut Microbiome in Cattle Production and Health: Driver or Passenger?[J]. Annual review of animal biosciences, 2020, 8: 199-220.
原文链接：
https://www.dairyglobal.net/Specials/Articles/2020/12/Global-approach-to-rumen-microbiome-research-necessary-681593E/
作者｜Melanie Epp
编译｜Jack Chen
审校｜617
编辑｜晴晴大人
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