近日，印遇龍?jiān)菏繄F(tuán)隊(duì)在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《Advanced Science》（五年影響因子16.3）上發(fā)表了一篇題為“Targeted intervention strategies for maternal-offspring transmission of Christensenellaceae in pigs via a deep learning model”的研究論文。該研究開發(fā)了一個(gè)名為母體-子代微生物傳遞模型（MOMTM）的系統(tǒng)，揭示了寧鄉(xiāng)豬母源微生物如何通過垂直傳遞調(diào)節(jié)子代腸道微生物的定植過程及粗飼料利用效率。
由于瘦肉型豬對纖維素消化吸收能力有限，粗飼料利用率較低；而中國本土豬種如寧鄉(xiāng)豬則展示了較高的粗飼料利用效率和適應(yīng)性，這與其特有的腸道菌群結(jié)構(gòu)有關(guān)。早期腸道微生物的定植與演替對宿主的腸道發(fā)育和營養(yǎng)代謝至關(guān)重要。
然而，準(zhǔn)確識別這些微生物傳遞的具體類群頗具挑戰(zhàn)性。本研究分析了2910份母豬及其仔豬的腸道微生物16S rDNA樣本，發(fā)現(xiàn)寧鄉(xiāng)豬哺乳期有獨(dú)特的菌群演替模式，其Bacillota水平較低且母體菌群向后代的傳遞速度較快；外來豬種則顯示出不同的微生態(tài)結(jié)構(gòu)。
基于不同豬種、環(huán)境和飲食的數(shù)據(jù)，研究人員使用帶有注意力機(jī)制的長短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）建立了MOMTM模型，用于預(yù)測和分析豬的母源微生物傳遞動(dòng)態(tài)，并成功預(yù)測了Christensenellaceae R-7 group這一關(guān)鍵傳遞類群。此外，他們還確定了低聚半乳糖（GOS）作為最有效的調(diào)控Christensenellaceae R-7 group的物質(zhì)。給寧鄉(xiāng)豬進(jìn)行有針對性的GOS干預(yù)能夠促進(jìn)以Christensenellaceae R-7為主的微生物腸型建立，并提高纖維消化率。
進(jìn)一步的研究表明，Christensenella屬的核心功能與定植策略主要體現(xiàn)在Christensenella minuta上，它擁有廣泛的酶活性，并能編碼多種黏附蛋白。給予C. minuta可顯著改變母體及子代的菌群組成，促進(jìn)短鏈脂肪酸生成和粗纖維消化。
這項(xiàng)研究不僅揭示了寧鄉(xiāng)豬母源微生物在子代腸道微生物定植和粗飼料利用中的作用機(jī)制，還提供了優(yōu)化豬群腸道菌群、提升粗飼料利用率的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用策略。同時(shí)，MOMTM模型為理解和管理復(fù)雜的微生物傳遞機(jī)制提供了一個(gè)強(qiáng)大的工具，具有廣泛的應(yīng)用前景，包括人類健康和疾病預(yù)防領(lǐng)域。
沈海波博士研究生是本文的第一作者，印遇龍?jiān)菏?、王婧副教授和譚碧娥教授為共同通訊作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、國家自然科學(xué)基金區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金重點(diǎn)支持項(xiàng)目以及湖南省自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體項(xiàng)目的資助。
