變形菌門，主要是革蘭氏陰性菌，在蝦腸中占主導地位。得益于下一代測序 （NGS）、宏基因組學、生物信息學和人工智能 （Al） 工具，微生物多樣性和功能得到了明顯改善。特別是，移動測序技術 （Oxford Nanopore MinION） 可以實時監測養殖場的微生物，從而提高疾病管理和預防的效率。

一、微生物研究中的宏基因組能力：

腸道微生物組在蝦的生理過程和健康中起著重要作用。腸道細菌參與消化酶的產生，防止病原菌的生長，以及合成宿主新陳代謝所必需的元素。蝦腸道中的主要細菌門，包括：變形菌門、擬桿菌門、特內里菌門、厚壁菌門和放線菌門。盡管微生物的組成可能因地理位置而異，但細菌群落的功能在其水平上保持相當穩定，在遺傳信息的代謝和加工中發揮著重要作用。

一些主要細菌種類，包括：乳酸桿菌屬（通過產生乳酸和幫助消化來幫助維持腸道健康）、芽孢桿菌屬（產生消化酶和增強免疫力），弧菌屬（支持營養吸收，但如果不加以控制也會引起疾病），假單胞菌屬（參與氮和消化循環），以及具有消化和控制有害細菌相關功能的腸球菌、乳球菌、鏈球菌和氣單胞菌。最近的研究在蝦腸道中檢測到細菌多樣性，常見的屬有弧菌、光合菌、芽孢桿菌和梭狀芽胞桿菌。 副溶血性弧菌和溶藻性弧菌在蝦免疫力的消化和調節中起著重要作用，而芽孢桿菌則以其有助于生長和抗病的益生菌作用而聞名。這些細菌有助于碳水化合物代謝、氨基酸合成和外來物質的分解，強調了研究微生物組對改善蝦健康和生產力的重要性。

蝦主要以飼料中的蛋白質作為主要能量來源，碳水化合物和脂質在甲殼素和激素的代謝和合成中也起著至關重要的作用。蝦的胃、肝臟、胰腺和腸道中的細菌會產生細胞外酶，幫助消化這些營養成分。益生菌是一種活的微生物，如果服用正確的劑量是有益的，被認為是改善對蝦養殖健康和效率的潛在解決方案，尤其是在選擇能夠抑制病原菌，并且不會造成血液破壞的菌株時。

宏基因組分析是研究微生物組的有力工具，尤其是在南美白對蝦的腸道中。該方法使用多種技術來解碼微生物群落的基因組。全宏基因組測序提供全面的分析，包括：功能基因和代謝途徑，而165 rRNA基因測序則側重于細菌分類和鑒定的保守區域。其他方法，如：轉錄組學和宏蛋白質組學，允許通過RNA和蛋白質評估微生物的基因表達和功能活性。

宏基因組學過程從通過磁珠打擊、酶裂解或使用專用試劑盒等技術從腸道微生物樣本中提取DNA。然后將DNA切碎，連接接頭并送入Illumina、PacBio或Oxford Nanopore等測序平臺，以收集大數據進行分析。下一步是生物信息學分析，包括數據質量控制、與參考數據庫的序列比對、微生物分類和功能注釋分配。在某些情況下，進行序列組裝以重組整個微生物基因組，從而闡明每個物種的遺傳潛力和嬗變潛力。功能注釋提供有關蝦腸道微生物組中存在的代謝途徑、毒力因子和抗菌素耐藥基因的信息。

宏基因組數據分析使用統計方法來確定不同條件下腸道微生物群之間的模式、相關性和差異，例如：健康蝦和患病蝦之間，或不同飼料之間。這些技術的整合有助于研究人員更好地了解腸道細菌的組成、功能和揮發性，從而制定策略來改善水產養殖中蝦的健康、生長和可持續性。

二、未清除的障礙和爭議：

宏基因組學在水產養殖中的應用提供了許多機會，但也引起了一些重要的爭議：

1、數據分析難點：水生微生物組復雜，難以解釋數據。因果關系之間的區別和缺乏參考數據也阻礙了微生物功能的分析。

2、道德與管理問題：

宏基因組學數據的披露可能會泄露有關流行病或農業技術的敏感信息，從而對生物安全構成風險。此外，宏基因組學數據中基因改造技術的應用也引發了倫理和法律問題。

3、對疾病管理的影響：宏基因組學數據檢測到多個抗生素耐藥基因，這引起了關于如何處理 AMR（耐藥性）的爭議。此外，基于宏基因組學的疾病診斷的準確性仍然令人擔憂。

4、環境影響：宏基因組學表明，水產養殖可以改變環境的微生物結構，導致富營養化和有毒藻類。然而，由于成本高昂，微生物監測的頻率和范圍仍然是一個有爭議的話題。

5、獲取和公平：高分析成本使小型養殖場難以獲得。發展中國家缺乏基礎設施和人力資源，導致技術差距不斷擴大。

6、方法標準化：采樣、DNA分離、測序和生物信息學分析缺乏一致性，使研究結果難以比較和重復。

7、數據所有權：關于數據所有權的爭議 – 無論它們屬于研究人員、企業還是公眾。此外，開放數據庫與企業隱私利益之間的沖突也是一個問題。

8、數據濫用：當沒有足夠的實證證據時，存在過度解釋宏基因組學結果的風險，從而導致錯誤的決策。此外，溝通不暢會降低消費者對海鮮產品的信心。

三、腸道微生物為何對于養蝦的重要性：

腸道微生物在南美白對蝦的健康、生長和抗病性中起著至關重要的作用。在全球對蝦養殖的背景下，對腸道微生物組的深入了解是促進可持續養殖模式的基礎。先進的宏基因組學技術，如：測序和165 rRNA，極大地擴展了我們對腸道微生物組多樣性和功能的好奇心，從而闡明了新陳代謝、免疫和抗病機制。益生菌和益生元已成為抗生素的有效替代品，可改善腸道健康、提高生長和消化效率。

宏基因組學還支持病原體的早期檢測、監測社區中的微生物變化和識別抗菌素耐藥性 （AMR） 基因，有助于有效的疾病管理。此外，該技術還有助于監測水產養殖對環境的影響，例如：富營養化和有毒藻類，并支持生物絮團物等系統的開發以及使用有益微生物而不是營養物質。隨著DNA測序成本的降低和生物信息學的日益創新，宏基因組學變得越來越容易獲得，即使是小型養殖場也是如此。實時分析有助于通過對數據進行瓜類干預來實現“精準農業”。

在氣候變化和全球對富含蛋白質食品的需求不斷增長的背景下，宏基因組學是發展高效、安全和可持續海鮮行業的重要工具。然而，仍有許多不太常見的細菌種類，未來的研究應側重于不同環境條件下的微生物波動以及這些被忽視的物種的作用。最后，學術界、企業界和監管機構之間的跨學科合作是充分利用宏基因組學在改善蝦健康和發展可持續和具有未來韌性的水產養殖業方面的潛力的關鍵。