Integrated Metagenomic Analysis of Shrimp Supply Chain

Abstract

This investigation employed 16S rRNA gene sequencing and shotgun metagenomic approaches to characterize the microbial communities, Bacterial Priority Pathogens (BPP), and Antibiotic Resistance Genes (ARGs) associated with shrimp and their surrounding environments throughout the entire production chain, from farming to the restaurant stage. The 16S rRNA analysis revealed that Proteobacteria and Firmicutes were the dominant phyla among 28 samples, with Pseudoalteromonas being the most prevalent genus. BPP were detected across 12 bacterial genera, with Acinetobacter frequently found in environmental samples, notably on workers’ gloves. Environmental factor assessment indicated that workers’ gloves exerted the most substantial impact on shrimp by the time they reached the restaurant stage. Shotgun metagenomic analysis identified 14 types of ARGs, encompassing 110 subtypes, across all 11 analyzed samples. Multidrug and tetracycline resistance genes were the most detected ARG categories, with the highest ARG subtype count observed in samples from workers’ gloves (41 subtypes). Additionally, ARG subtypes mdtK and tolC were found in shrimp samples at different production stages, suggesting the persistence and potential transfer of ARGs through the supply chain. In summary, this integrated study provides a novel, comprehensive perspective on microbial and ARG risks throughout the shrimp production process. The findings highlight critical environmental risk factors linked to shrimp contamination and underscore the potential public health risks posed by BPP and ARGs from farm to restaurant. These insights could inform management strategies aimed at improving safety and reducing contamination in the shrimp supply chain.;이 연구는 16S rRNA 분석 및 샷건 메타유전체 분석을 활용하여 새우와 관련 환경에서 농장에서 레스토랑 단계에 이르는 전체 과정 동안 미생물 조성, 우선순위 병원체(Bacterial Priority Pathogens, BPP), 그리고 항생제 내성 유전자(Antibiotic Resistance Genes, ARGs)를 조사하였습니다. 16S rRNA 분석 결과, 28개의 샘플에서 Proteobacteria와 Firmicutes가 주요 문(phylum)으로 나타났으며, Pseudoalteromonas가 주요 속(genus)으로 확인되었습니다. BPP는 12개의 속에서 검출되었으며, 특히 Acinetobacter는 작업자 장갑과 같은 환경 샘플에서 높은 풍부도로 나타났습니다. 환경 요인 분석(SourceTracker)에서는 작업자 장갑이 최종 레스토랑 단계에서 새우에 가장 큰 영향을 미치는 요인으로 확인되었습니다. 샷건 분석 결과, 11개의 샘플에서 14가지 유형과 110개의 하위 유형의 ARGs가 검출되었습니다. 주요 내성 유형은 다제내성(multidrug), 테트라사이클린(tetracycline)과 폴리믹신(polymyxin)으로 나타났으며, ARG의 하위 유형이 가장 많이 검출된 샘플은 작업자 장갑으로 총 41개가 발견되었습니다. 특히, 다제내성 하위 유형인 mdtK와 tolC는 농장과 레스토랑 단계에서 새우 샘플 모두에 공통적으로 발견되어, 소비 단계까지 ARGs가 전파될 가능성을 시사하였습니다. 결론적으로, 본 연구는 새우 공급망의 전 과정을 아우르는 최초의 통합적 분석으로, 새우와 관련된 잠재적 환경 위험 요소와 주의가 필요한 항생제 유형을 규명하였습니다. 이 결과는 BPP와 ARGs의 잠재적 위협을 밝혀내며, 공급망의 안전성을 향상시키기 위한 관리 전략 개발에 중요한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대됩니다.