[分享]【家禽细菌病】家禽生产系统和重要的抗菌素耐药致病菌

共享精神

Mak, P.H.W., et al., Production systems and important antimicrobial resistant-pathogenic bacteria in poultry: a review. Journal of Animal Science and Biotechnology, 2022. 13(1): p. 148.

尽管在家禽疾病的预防和控制方面付出了巨大努力，由禽致病性大肠杆菌（Escherichia coli）引起的大肠杆菌病，以及由产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens）引起的坏死性肠炎等细菌性疾病，仍然是给家禽生产者造成经济损失和市场限制的主要问题 。抗生素不仅被用于治疗和预防这些疾病，还被广泛用作生长促进剂 。然而，这些常规做法导致了抗菌素耐药（AMR）细菌的选择和传播，这对人类、动物和全球环境构成了重大威胁 。为了应对并打破抗菌素耐药性的蔓延，家禽生产者正逐步限制抗菌素的使用（AMU），转而采用无抗生素（ABF）和有机生产实践，以满足日益增长的消费者需求 。然而，目前学界尚不完全清楚ABF和有机家禽生产实践究竟如何影响家禽肠道微生物群落中的AMR分布特征 。在各类生产系统（包括有机和ABF饲养的鸡）中，研究人员已经发现了多种携带多重耐药决定因子的革兰氏阴性菌（如肠道沙门氏菌血清型、空肠/结肠弯曲杆菌、大肠杆菌）和革兰氏阳性菌（如肠球菌属、葡萄球菌属和产气荚膜梭菌） 。本综述旨在深入探讨主要家禽生产系统（常规、ABF和有机）的特点，及其对潜在致病性革兰氏阴性和阳性细菌AMR的影响，从而为开发高效、安全的病原体控制生产实践提供思路与机遇 。
01引言 (Introduction)

禽肉是人类最重要且最受欢迎的动物蛋白来源之一 。根据经合组织-粮农组织（OECD-FAO）的预测，到2030年，全球禽肉消费量预计将增长17.8%，这是所有动物肉类中增幅最高的 。这种显著的增长主要归功于快速发展的家禽业（全球年产量约为1.2亿吨），该行业通过基因选择以及采取各种改善禽鸟健康和生产性能的措施实现了规模扩张 。受消费者需求的驱动，集约化家禽生产持续增长，特别是在南美洲、亚洲和非洲，这可能与当地饮食结构向更多动物蛋白选择的转变有关 (Van Boeckel et al., 2019) 。

抗生素在家禽业中的使用，通过提高肉产量、改善禽鸟健康和实现成本效益生产，彻底改变了治疗和经济收益的格局 。然而，抗菌素耐药性（AMR）流行率的不断上升，特别是对人类至关重要的抗生素的耐药性，引起了人们的日益关注，这直接促使多个国家对家禽中的抗菌素使用（AMU）实施了严格限制 。尽管有这些限制并采用了替代生产方法，但与家禽相关的AMR细菌的报告仍然层出不穷，引发了严重的食品安全担忧 。

胃肠道（GIT）在家禽健康中起着至关重要的作用，它不仅提供营养吸收，还构成了抵御外来病原体的第一道防线 。在维持体内平衡和营养处理的同时，乳酸杆菌、梭菌、瘤胃球菌、肠道沙门氏菌血清型、肠球菌属和大肠杆菌等不同细菌种群栖息在胃肠道中，构成了复杂的肠道微生物群 。通过转座子和质粒等移动遗传元件的水平基因转移，肠道微生物群可以成为抗菌素耐药基因（ARGs）的庞大储存库 。在家禽日粮中添加抗生素可以通过减少致病菌负荷、增加肠道营养吸收来调节肠道微生物群，并最终改善生长参数 。因此，了解饮食实践如何调节家禽肠道微生物群至关重要 。

坏死性肠炎（NE）是由革兰氏阳性厌氧芽孢杆菌——产气荚膜梭菌（C. perfringens）引起的主要家禽疾病之一，每年给全球家禽业造成高达60亿美元的损失 (McDevitt et al., 2006) 。这种不仅代表食品安全问题的细菌分布广泛，常见于环境以及人类和动物的肠道中 。亚临床的NE会导致体重增加减少和饲料转化率差，从而造成严重的生产损失 。由产气荚膜梭菌引起的肠道损伤会使细菌进入胆管和血液，从而损害禽类的其他器官 。为了预防家禽的NE，业界通常使用阿维拉霉素（avilamycin）和亚甲基水杨酸杆菌肽等典型抗生素 。然而，随着家禽中AMU的限制，控制这种病原体变得极为紧迫，这不仅是为了家禽肠道健康，也是出于食品安全的考虑 。球虫病（Coccidiosis）也是一种主要的家禽肠道疾病，由艾美耳球虫（Eimeriaspp.）引起，这些寄生虫侵入并在肠道内复制 。这种寄生虫病在美国每年造成超过6亿美元的损失，在全球范围内高达32亿美元 。艾美耳球虫感染也被证明与NE的促进密切相关 。


02家禽饲养和生产实践 (Poultry Feeding and Production Practices)

在家禽生产中，饲养程序的选择对于确保满足营养和健康要求极为重要 。饲养程序是根据成本效率、改善健康和生长的有效性来选择的 。

常规生产 (Conventional Production)

常规生产实践被广泛采用，并塑造了今天的畜牧业形态 。常规生产与无抗生素（ABF）或有机生产之间的一个关键区别在于，常规生产在健康动物的饲养过程中广泛使用抗生素 。家禽生产中使用抗生素的正当理由包括促进生长和预防重要疾病 。世界卫生组织（WHO）创建了一份全球极其重要抗生素（CIA）清单，根据其在人类医学中的重要性将抗生素分为三类：重要的、高度重要的和极其重要的 (Collignon et al., 2016) 。除WHO外，不同国家也制定了自己的CIA清单，在抗生素分类上存在差异 。例如，加拿大公共卫生局的CIA清单将抗生素分为四类（I、II、III和IV），其中I类在人类医学中具有“极高重要性”，而IV类重要性较低 。加拿大鸡肉农场主协会（CFC）在2020年前逐步取消了I至III类抗生素的预防性使用 。同样，2019年美国约有60%的肉鸡在没有抗生素的情况下饲养 。从家禽生产中逐步淘汰抗生素的趋势在过去几年缓慢增加，但对禽鸟健康和成本效率的担忧仍然是替代品开发中的核心问题 。

有机生产 (Organic Production)

有机生产通常在自然状态下饲养动物，同时保持最佳的健康、福利和生活条件 。由于其可持续性和与环境的和谐，越来越多的家禽生产者选择有机生产 。每个国家都有自己的有机生产系统标准和法规，例如美国农业部的国家有机计划和加拿大标准委员会的CAN/CGSB-32-有机生产系统 (Fanatico et al., 2009) 。尽管各国对有机生产的定义略有差异，但通用的经验法则要求散养系统（可进入户外牧场）、生态维持以及遵守物质的所有适用法规要求 。

然而，有机生产的要求也带来了严重的健康和管理挑战 。例如，进入户外牧场会增加暴露于环境微生物的风险，如沙门氏菌、弯曲杆菌和产气荚膜梭菌，这是严重的食品安全和禽鸟健康问题 。消费者中普遍存在一种观念，认为有机生产的食品更“天然”，因此比常规生产的食品更健康 。然而，有机肉鸡的生产成本估计比常规生产高出70%-86%，这直接导致了家禽产品零售市场成本的增加 。此外，在有机生产中，病原体定植的风险很高，可能引起鸡的疾病（如坏死性肠炎和球虫病）以及人类的沙门氏菌病 。定植的病原菌在加工过程中可能污染肉类 。有报告指出，与常规肉鸡尸体相比，有机肉鸡肉在加工结束冷藏后，更容易受到弯曲杆菌属的污染 。这种现象可能是由于有机禽鸟可以自由进入牧场，使它们更多地暴露于环境致病菌中 。在丹麦的一项研究中，食用受污染的有机肉鸡肉后感染弯曲杆菌的风险是食用常规肉鸡肉的1.7倍 。

无抗生素生产 (Antibiotic-free Production, ABF)

无抗生素生产与常规生产类似，主要区别在于不使用抗生素作为预防剂和生长促进剂 。因此，ABF生产中潜在的健康和生产问题需要通过替代解决方案来应对 。消费者对食品属性的看法和日益增加的关注将注意力引向了基于ABF的家禽生产，他们愿意为这些产品支付溢价 。然而，一般消费者对ABF的理解往往局限于正面的广告宣传，而忽略了ABF生产中的负面问题 。根据2018年Agri-Stats的数据，ABF和常规饲养禽类的死亡率分别约为4.2%和2.9% 。

在ABF生产中，为了减轻禽鸟的应激并保持其健康和生产性能，必须依赖疫苗接种、高质量的饲料和水，以及对生产环境的高度控制 。对于预防球虫病，ABF生产依赖于疫苗接种或化学合成的非抗生素抗球虫药 。然而研究表明，与离子载体相比，化学抗球虫药可能会促进抗球虫药物耐药性的发展，并且通常比离子载体更昂贵 。令人惊讶的是，研究还观察到，一些在没有共同施用抗生素的情况下使用的化学抗球虫药实际上可能会诱发坏死性肠炎 (Smith, 2011) 。

03家禽生产中抗生素的替代品 (Alternatives to Antibiotics)

为了复制抗生素的多重功能，业界研究了许多不同的抗生素替代品 (Ricke, 2018) 。主要包括：益生菌、益生元、有机酸、植物化学物质、疫苗、饲用酶和精油（见表1） 。

表格1：家禽生产中不同类别的抗生素替代品


替代品的作用机制

益生菌 (Probiotics)：活的微生物饲料添加剂，有助于维持肠道微生物平衡并有益于宿主健康 (Fuller, 1989) 。常用于家禽的益生菌包括各种乳酸杆菌属（如保加利亚乳杆菌、植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌等）、粪肠球菌和粪链球菌、嗜热链球菌以及枯草芽孢杆菌 。它们通过竞争性排斥干扰致病菌在肠道的定植 。此外，益生菌通过增加T细胞、CD4+、B细胞和抗炎细胞因子的产生来刺激免疫系统 。

益生元 (Prebiotics)：是基于碳水化合物的聚合物，如果寡糖（FOS）、半乳寡糖和甘露寡糖（MOS）。它们促进肠道中有益细菌的生长、帮助消化并抑制致病细菌的定植 。益生元不被宿主利用，而是作为双歧杆菌和其他乳酸菌的底物 。FOS通过增加短链脂肪酸（SCFA）的产生间接改变肠道微生物群落 。MOS则可以通过与大肠杆菌和沙门氏菌的鞭毛结合，直接影响这些病原体对肠道细胞的粘附 。

有机酸 (Organic acids)：具有强烈的营养和抗菌特性 。它们具有共同的羧酸基团（R-COOH），形式包括简单的单羧酸（甲酸盐、乙酸盐、丁酸盐和丙酸盐）、羟基酸（酒石酸盐、柠檬酸盐、乳酸盐和苹果酸盐）或短链酸（富马酸盐、山梨酸盐） 。丁酸盐和丙酸盐对肠道微生物群有积极影响，例如下调沙门氏菌的致病性岛 。然而值得注意的是，乳酸被发现会助长沙门氏菌的生长，这是因为病原体可以利用降解乳酸的呼吸乳酸脱氢酶（LldD和Dld） 。

植物化学物质 (Phytogenics) 与 精油 (Essential oils)：富含酚类化合物（如黄酮类），具有与抗菌活性呈正相关的抗氧化特性 。日粮中的肉桂醛和柠檬醛被发现可以降低坏死性肠炎和球虫病的严重程度和发病率，并减少抗生素耐药大肠杆菌的比例 。

酶 (Enzymes)：家禽饲料用酶主要来源于真菌和细菌，其中木聚糖酶和葡聚糖酶占全球碳水化合物酶市场的80%以上 。因为非淀粉多糖（NSP）在肉鸡中不能被完全消化，所以添加饲用酶以应对NSP的不良影响 。植酸酶则能水解植酸，使宿主更好地吸收磷元素 。

04抗菌素的使用和关注点 (Antimicrobial Use and Concerns)

常规肉鸡在孵化到36-42天的谷仓中饲养期间，每只鸡可以消耗3.2至4.0公斤的饲料，体重达到1.8至2.2公斤 。为了满足营养需求并预防疾病，常规肉鸡饲料中添加了蛋白质、矿物质、维生素以及抗生素 。家禽饲料中用于治疗的主要抗生素包括氨基糖苷类（庆大霉素、新霉素、大观霉素和链霉素）、β-内酰胺类（青霉素和阿莫西林）、磺胺类和四环素类 。

常规家禽中使用的部分抗菌素 (Butaye et al., 2003)

阿维拉霉素 (Avilamycin)：是一种由淡紫灰链霉菌（Streptomyces viridochromogenes）产生的正霉素类抗生素，靶向革兰氏阳性细菌（如产气荚膜梭菌）以预防坏死性肠炎 。它通过结合细菌50S核糖体亚基的螺旋89和91来抑制细菌蛋白质的合成，从而干扰tRNA和起始因子2 。

班贝霉素 (Bambermycin)：又称黄霉素（flavomycin）。它主要针对革兰氏阳性菌，通过破坏青霉素结合蛋白（PBPs）的转糖基酶活性来抑制肽聚糖合成，从而影响细菌细胞壁的产生 。

杆菌肽 (Bacitracin)：由地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌菌株产生的环状多肽抗生素，在WHO/CIA名单中被列为重要抗生素 。杆菌肽主要干扰C55-异戊二烯焦磷酸的脱磷酸化功能，阻止N-乙酰氨基葡萄糖（NAG）和β-(1-4)-N-乙酰胞壁酸（NAM）的运输，从而抑制细菌肽聚糖细胞壁的构建 。

单羧酸聚醚离子载体 (Monocarboxylic polyether ionophores)：如盐霉素、那拉星和莫能菌素。这些离子载体通过破坏靶标生物（如艾美耳球虫）的渗透压调节，促进阳离子向其体内的运输 。

作用机制探讨 (Mechanisms in Poultry)

肉鸡日粮中的抗生素可以通过杀死、抑制或促进细菌来改变禽类肠道微生态的组成和活动，从而带来健康改善和经济效益的优势 。然而，交叉耐药性和共选择等问题引起了合理关注。例如，对阿维拉霉素具有耐药性的细菌对依维莫霉素（evernimicin）也表现出交叉耐药性，后者是一种用于治疗人类感染的抗生素 。此外，从鸡肉中分离出的海德堡沙门氏菌（S. entericaserovar Heidelberg）对动物专用的第三代头孢菌素（头孢噻呋）和人类重症感染治疗中极其重要的头孢曲松均显示出耐药性 。

除了对细菌的直接影响外，抗生素可能对动物生理产生未被深入研究的重要作用 。例如，杆菌肽可以通过增加谷丙转氨酶水平和降低白蛋白/球蛋白比值来调节家禽血清代谢物谱 。有趣的是，与对照组相比，在喂食杆菌肽的肉鸡免疫器官中，CATH2、MPO和IL-5基因的表达分别上调了22.55倍、12.34倍和7.97倍 。


05家禽生产系统与抗菌素耐药细菌 (Poultry Production Systems and AMR Bacteria)

关于食用动物中的AMU及其对食源性致病菌AMR后果的研究已进行了大量探讨 。最常见的AMR出现在家禽病原菌中，例如肠道沙门氏菌血清型、空肠弯曲杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和产气荚膜梭菌 。

表格2：常规家禽中报告的重要抗菌素耐药细菌


革兰氏阴性菌中的AMR

革兰氏阴性菌细胞表面的复杂性对各种抗生素提供了固有的内在抗性 。头孢菌素类、碳青霉烯类和氟喹诺酮类等抗生素通常对革兰氏阴性菌有效，然而对这些抗生素具有耐药性的菌株已被广泛报道 。

大肠杆菌 (Escherichia coli)：禽致病性大肠杆菌（APEC）是一种肠外致病性大肠杆菌（ExPEC），会给家禽业造成重大的经济损失，并被认为可能导致人类尿路感染和脑膜炎 。在共生和大肠杆菌分离株中记录了对阿莫西林-克拉维酸、头孢噻呋、头孢曲松、头孢西丁、庆大霉素、磺胺和四环素的多重耐药性 。抗生素耐药基因如 blaTEM, blaSHV, blaCMY-2, aac(3)-VIa, aadA1, aph(3)-Ib, sul1, sul2, tet(A) 和 tet(B) 也在相应的耐药表型中被观察到 。在有机和ABF系统与常规系统对比方面，有机和ABF肉鸡的抗菌素耐药共生大肠杆菌流行率被发现低于常规生产的肉鸡 。然而，从这些替代生产系统分离出的大肠杆菌仍然表现出对氨苄西林、头孢唑林、磺胺类、链霉素和四环素的高频率耐药（>50%） 。

非伤寒肠道沙门氏菌 (Non-typhoidal Salmonella enterica, NTS)：据估计，在美国每年有135万例感染（其中212,500例归因于AMR分离株）、26,500例住院和420例死亡是由NTS引起的，直接医疗费用高达4亿美元 。在常规肉鸡中分离出的海德堡沙门氏菌中鉴定出磷霉素耐药基因 fosA7 。中国的研究报告称，从零售生禽肉中分离出的所有非重复沙门氏菌中，有60.1%对至少三类不同的抗菌素（包括萘啶酸、氨苄西林和链霉素）具有多重耐药性（MDR） 。与常规肉鸡生产相比，大规模有机家禽生产农场中对阿莫西林-克拉维酸盐、氨苄西林、头孢西丁、头孢噻呋和头孢曲松具有耐药性的沙门氏菌分离株患病率明显较低 。

弯曲杆菌属 (Campylobacter spp.)：弯曲杆菌是与家禽相关的微需氧重要食源性致病菌 。由于家禽中弯曲杆菌对氟喹诺酮类药物耐药性的出现，导致了在家禽中限制或禁止使用沙拉沙星（sarafloxacin）和恩诺沙星（enrofloxacin） 。研究表明，与常规农场（46%）相比，有机农场（<2%）的氟喹诺酮耐药弯曲杆菌的患病率显著降低 。

表格3：有机家禽中报告的重要抗菌素耐药细菌


革兰氏阳性菌中的AMR (Arias & Murray, 2012)

革兰氏阳性菌缺乏外膜，这是通过更厚（30-100nm）的肽聚糖细胞壁来补偿的 。主要的AMR革兰氏阳性菌包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）、耐万古霉素金黄色葡萄球菌（VRSA）、多重耐药肺炎链球菌和耐万古霉素屎肠球菌（VRE） 。

肠球菌属 (Enterococcus spp.)：肠球菌以对重要抗生素类的内在耐药性为特征，并能耐受低浓度的β-内酰胺、喹诺酮、氨基糖苷和林可酰胺 。此外，肠球菌通过接合转座子和质粒获得了获得外源耐药基因的高度能力 。在法国进行的一项病例对照研究确定，阿维拉霉素耐药屎肠球菌的流行与肉鸡生产中阿维拉霉素的使用之间存在显著的关联（风险因子为2.3） 。所有耐阿维拉霉素的屎肠球菌分离株都包含 emtA 基因，该基因编码一种甲基转移酶，可抑制阿维拉霉素和依维莫霉素的功能 。在韩国，与常规生产的家禽相比，有机生产的家禽对环丙沙星和红霉素（兽医学中常用）的耐药性患病率较低 。

葡萄球菌属 (Staphylococcus spp.)：葡萄球菌在自然界中分布广泛，凝固酶阳性的金黄色葡萄球菌可引起鸡的脐炎、肺炎和关节炎等感染 。在比利时，从肉鸡中分离出了对泰乐菌素、阿莫西林、甲氧苄啶-磺胺甲恶唑、林可霉素、四环素和多粘菌素也具有耐药性的MRSA 。从常规的生物气溶胶中，观察到对萘啶酸、新生霉素、青霉素、苯唑西林、氨苄西林、林可霉素、四环素、红霉素、杆菌肽和链霉素具有耐药性的凝固酶阴性木糖葡萄球菌（S. xylosus）分离株 。这些耐药分离株含有 tetK、linA、ermB 和 blaZ 等耐药基因 。

产气荚膜梭菌 (Clostridium perfringens)：家禽中已报道了对杆菌肽、青霉素、链霉素、四环素类和庆大霉素产生耐药性的分离株 。然而，尽管产气荚膜梭菌对家禽健康极其重要，目前仍缺乏调查有机和ABF家禽生产中AMR产气荚膜梭菌患病率的研究 。

06文章图释


图1 胰蛋白酶肽对肉鸡盲肠微生物群、血液代谢物及免疫基因调控的影响。[color=var(--weui-LINK)]ALP：碱性磷酸酶；AGR：白蛋白-球蛋白比值；AMY：淀粉酶；CATH2：猫细菌肽抗菌肽；MPO：髓过氧化物酶；CASP1：半胱天冬酶1；MX1：黏病毒抗性蛋白1；CCR4：趋化因子受体4； CRP ：C反应蛋白；JAK2：Janus激酶2。



图2 2000年至2020年间主要家禽生产国中沙门氏菌，大肠杆菌和弯曲杆菌属的抗生素耐药性情况



图3 格兰氏阳性菌与格兰氏阴性菌抗菌耐药机制示意图。1.抗生素因外膜作用而渗透性降低；2.外排泵表达量增加；3.靶点结构发生修饰或突变（如拓扑异构酶、核糖体、青霉素结合蛋白（PBPs）、氟喹诺酮类药物等）；4.抗生素通过灭活酶（如 β -内酰胺酶、四环素灭活酶）发生失活或修饰。

07结论 (Conclusion)

由于市场和消费者的强劲需求，家禽业正在经历快速增长 。然而，考虑到AMR引发的全球性严重关切，必须采用替代性的家禽生产做法，以改善禽鸟健康和生产性能，同时果断减少AMU 。在家禽生产系统中，尽管AMU和AMR之间存在明确的相关性，但复杂的环境和遗传因素也可能极大地促进AMR及其相关ARGs的流行和传播 。

在ABF和有机家禽生产中，目前正在积极应用几种抗生素替代品和疫苗 。然而，大多数抗生素替代品在家禽生产中的实际成本效益和临床优势仍有待确立 。这些替代产品似乎具有多效性的生物活性，包括抗菌、抗氧化、免疫刺激和抗炎作用，这表明学术界需要进行更多的纵深研究，以充分确定它们针对细菌（包括其AMR谱）和宿主禽鸟的作用机制 。

总而言之，本综述的系统性分析表明，即使在不使用任何抗菌素的替代性家禽生产系统（如ABF和有机系统）中，抗菌素耐药性（AMR）依然存在，尽管其流行率显著低于常规家禽生产 。学术界需要进一步开展深入的研究，以全面调查有机和ABF家禽生产中的AMR动态演变特征 。此外，深入理解各类饲养计划究竟如何影响共生肠道微生物群、致病菌群落结构以及AMR机制，将为未来的饮食营养和禽鸟健康管理实践提供科学指导 。因此，运用综合的“同一健康（One Health）”方法进行广泛的研究与协同努力，对于从根本上遏制和打破家禽中AMR的出现和全球蔓延是绝对必要的 。

来源: 菌中无戏言, 作者: 凤凰于飞