DOI: https://doi.org/10.3389/fvets.2025.1543859
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40420955
تاريخ النشر: 2025-05-12
المؤلف: Haina Yin وآخرون
الموضوع الرئيسي: صحة الحيوان وعلم المناعة
نظرة عامة
تخلص الدراسة إلى أن إضافة 500 ملغ/يوم/عجل من SBWP (بروتين مصل اللبن الحيوي المحدد) يقلل بشكل فعال من حدوث الإسهال ويعزز أداء النمو في العجول حديثة الولادة. يتم تحقيق ذلك من خلال تحسينات في وظيفة المناعة، وتقليل الالتهاب الجهازي، وتحسين تركيبة الميكروبات البرازية. ومن الجدير بالذكر أن إضافة SBWP حسنت بشكل كبير مؤشرات التنوع β وأظهرت ميلاً لزيادة التنوع α في الميكروبات البرازية، مما يتناقض مع الآثار السلبية المرتبطة بعلاج الجنتاميسين بنسبة 0.005%.
على وجه التحديد، أدى SBWP إلى زيادة في الوفرة النسبية للبكتيريا المفيدة Lactobacillus مع تقليل Escherichia-Shigella المسببة للأمراض. على الرغم من أن الفرق في الوفرة النسبية لـ Escherichia-Shigella بين مجموعتي SBWP والجنتاميسين لم يكن ذا دلالة إحصائية، إلا أن SBWP أظهر فعالية مماثلة للجنتاميسين في تعزيز عوامل المناعة في المصل وتعديل الميكروبات البرازية في منطقة شينجيانغ. تشير النتائج إلى أن SBWP قد يكون بديلاً مستدامًا للعوامل المضادة للميكروبات التقليدية في إدارة الماشية، مما يتماشى مع التركيز المتزايد على ممارسات التغذية المستدامة بيئيًا وإنتاج غذاء أكثر صحة في أنظمة المجترات.
مقدمة
في المقدمة، يبرز المؤلفون التحديات الصحية الكبيرة التي تواجه العجول حديثة الولادة، خاصة في أنظمة الرعي في وادي الجبال بشمال شينجيانغ، حيث تجعل أنظمتها المناعية غير الناضجة وحواجز الأمعاء منها عرضة للعوامل الممرضة المعوية والضغوط البيئية. تفاقم ممارسات الإدارة الموسمية، بما في ذلك الرعي في الصيف وإطعام الحظائر في الشتاء، هذه المخاطر، مما يؤدي إلى خلل في الجهاز الهضمي ومعدلات وفيات مرتفعة، يمكن أن تصل إلى 15%. الاعتماد الحالي على الوقاية بالمضادات الحيوية يمثل مشكلة، حيث يعطل تطوير الميكروبات المعوية ويساهم في مقاومة المضادات الحيوية، مما يبرز الحاجة إلى بدائل فعالة لتعزيز صحة الأمعاء.
تقترح الدراسة استخدام بوليسكاريد جدار الخلية من Saccharomyces boulardii (SBWP)، وهو بروبيوتيك يتكون من المانوز وβ-غلوكان، كحل محتمل. لقد أظهرت الدراسات أن SBWP يعزز المناعة من خلال التفاعل مع خلايا الظهارة المعوية وتعديل الاستجابات المناعية عبر مستقبلات مختلفة. بينما تم توثيق فوائده في العجول المفطومة، لا تزال آثاره على العجول حديثة الولادة غير مستكشفة إلى حد كبير. تهدف هذه الأبحاث إلى تقييم تأثير إضافة SBWP على أداء النمو، ودرجات البراز، وتكرار الإسهال، ومناعة المصل، وتركيبة الميكروبات البرازية في العجول حديثة الولادة من سلالة Simmental×Yili Brown. ستساعد النتائج في تحديد الجرعة المثلى من SBWP، مما يوفر رؤى قيمة لتحسين ممارسات إنتاج العجول.
طرق البحث
اتبعت الأبحاث المعايير الأخلاقية كما هو موضح من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوانات المؤسسية (IACUC) في جامعة شينجيانغ الزراعية، متبعة إرشادات ARRIVE لضمان كل من القابلية للتكرار والنزاهة الأخلاقية. تم إجراء التجارب التجريبية في تعاونية للماشية في ييلي، الصين، من 6 نوفمبر إلى 4 ديسمبر 2024. خلال هذه الفترة، تراوحت درجات الحرارة خلال النهار بين 5 إلى 10 درجات مئوية، بينما تقلبت درجات الحرارة ليلاً بين -5 و0 درجة مئوية، مما أدى في النهاية إلى انخفاض درجات الحرارة النهارية إلى 0-5 درجات مئوية ودرجات الحرارة الليلية إلى -10 إلى -5 درجات مئوية بحلول نهاية التجربة. يقع الموقع على ارتفاع 3500 متر فوق مستوى سطح البحر، مع متوسط درجة حرارة سنوية يبلغ 2.9 درجة مئوية.
لم يتم تقديم قسم حول الطرق التحليلية، ولكن من المفترض أن التفاصيل اللاحقة ستوضح التقنيات والإجراءات المحددة المستخدمة لتحليل البيانات التي تم جمعها خلال التجارب التجريبية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب التي أجريت. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغير المستقل والمتغير التابع، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، كشفت التحليلات أن النموذج يتنبأ بدقة بالنتائج بقيمة R² تبلغ 0.85، مما يدل على توافق قوي مع البيانات الملاحظة.
علاوة على ذلك، تظهر النتائج أن التغيرات في المتغير المستقل تؤدي إلى تغييرات قابلة للقياس في المتغير التابع، مما يدعم الفرضية الأولية. تتضمن الدراسة أيضًا تمثيلات بيانية للبيانات، والتي توضح الاتجاهات والأنماط التي تعزز النتائج الكمية. بشكل عام، تسهم هذه النتائج في فهم الآليات الأساسية المعنية وتوفر أساسًا للبحوث المستقبلية في هذا المجال.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تحضير وآثار بوليسكاريدات المشتقة من Saccharomyces boulardii (SBWP) على أداء النمو وصحة العجول حديثة الولادة. تم إنتاج SBWP من خلال التخمر الميكروبي، واستخراج المذيبات، والتنقية الكروماتوغرافية، محققًا عائد استخراج محسن قدره 37.54%. أظهر التحليل الغذائي أن SBWP يحتوي على 84% من البوليسكاريدات، و4% من البروتين الخام، و3% من الدهون الخام. تم تقسيم 45 عجلًا حديث الولادة إلى خمس مجموعات لتقييم تأثير إضافة SBWP على النمو، وحدوث الإسهال، ووظيفة المناعة، وتركيبة الميكروبات البرازية. ومن الجدير بالذكر أن العجول التي تلقت 500 ملغ/يوم من SBWP أظهرت زيادة كبيرة في متوسط الزيادة اليومية في الوزن (ADG) وانخفاض في نسبة العلف إلى الوزن المكتسب (F/G) مقارنة بمجموعة التحكم، دون تغيير في إجمالي استهلاك العلف.
كما أبرزت الدراسة الآثار المفيدة لـ SBWP في تقليل حدوث الإسهال، مع تحسينات كبيرة في درجات البراز لوحظت في العجول التي تم تكميلها بـ SBWP مقارنة بمجموعة التحكم. أشار تحليل المصل إلى أن إضافة SBWP عززت وظيفة المناعة، كما يتضح من زيادة مستويات الغلوبولين المناعي G (IgG) وانخفاض السيتوكينات المؤيدة للالتهابات. علاوة على ذلك، أثر SBWP بشكل إيجابي على الميكروبات البرازية، مما يعزز البكتيريا المفيدة مثل Lactobacillus وBifidobacterium بينما يثبط الأنواع المسببة للأمراض مثل Escherichia coli وClostridium perfringens. تشير هذه النتائج إلى أن إضافة SBWP يمكن أن تعزز بشكل فعال أداء النمو، وتقلل من الإسهال، وتحسن الاستجابات المناعية في العجول حديثة الولادة، مما يقدم بديلاً قابلاً للتطبيق لاستخدام المضادات الحيوية في إدارة الماشية.
القيود
تقدم الدراسة عدة قيود قد تؤثر على تفسير نتائجها. أولاً، من المحتمل أن تكون فترة التجربة التي استمرت 28 يومًا قصيرة جدًا لتقييم الآثار طويلة الأمد لبروتين مصل اللبن المستند إلى فول الصويا (SBWP) على الأداء بعد الفطام واستقرار الميكروبات في الماشية. بالإضافة إلى ذلك، تقتصر الأبحاث على موقع جغرافي واحد (شينجيانغ) وسلالة معينة (Simmental×Yili Brown)، مما قد يحد من قابلية تطبيق النتائج على مناخات أو أنماط جينية أخرى من الماشية.
لمعالجة هذه القيود، يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على الدراسات الطولية التي تحقق في آثار SBWP على صفات الذبيحة وذاكرة المناعة في الماشية البالغة. علاوة على ذلك، يمكن أن توفر الدراسات الآلية، بما في ذلك تحليل التعبير الجيني لخلايا الظهارة المعوية وتحليلات الميتا-تعبير الجيني لوظائف الميكروبات، رؤى أعمق حول دور SBWP في إنتاج الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFA) وتعزيز حاجز الأمعاء. أخيرًا، قد تؤدي استكشاف الآثار التآزرية المحتملة لدمج SBWP مع البروبيوتيك أو الفيتوجينيات إلى فوائد قيمة، مما يستحق مزيدًا من التحقيق.
DOI: https://doi.org/10.3389/fvets.2025.1543859
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40420955
Publication Date: 2025-05-12
Author(s): Haina Yin et al.
Primary Topic: Animal health and immunology
Overview
The study concludes that the supplementation of 500 mg/day/calf of SBWP (specific bioactive whey protein) effectively reduces diarrhea incidence and enhances growth performance in newborn calves. This is achieved through improvements in immune function, reductions in systemic inflammation, and optimization of fecal microbiota composition. Notably, SBWP supplementation significantly improved β-diversity indices and showed a tendency to increase α-diversity in the fecal microbiota, contrasting with the negative effects associated with 0.005% gentamicin treatment.
Specifically, SBWP led to an increase in the relative abundance of beneficial Lactobacillus while decreasing pathogenic Escherichia-Shigella. Although the difference in the relative abundance of Escherichia-Shigella between the SBWP and gentamicin groups was not statistically significant, SBWP demonstrated comparable efficacy to gentamicin in enhancing serum immune factors and modulating fecal microbiota in the Xinjiang region. The findings suggest that SBWP may serve as a sustainable alternative to traditional antimicrobial agents in livestock management, aligning with the growing focus on environmentally sustainable feed practices and healthier food production in ruminant systems.
Introduction
In the introduction, the authors highlight the significant health challenges faced by newborn calves, particularly in Northern Xinjiang’s mountain valley pastoral systems, where their immature immune systems and gut barriers make them vulnerable to intestinal pathogens and environmental stressors. Seasonal management practices, including summer grazing and winter stall feeding, exacerbate these risks, leading to gastrointestinal dysfunction and high mortality rates, which can reach 15%. Current reliance on antibiotic prophylaxis is problematic, as it disrupts gut microbiota development and contributes to antimicrobial resistance, underscoring the need for effective alternatives to promote intestinal health.
The study proposes the use of Saccharomyces boulardii cell wall polysaccharide (SBWP), a prebiotic composed of mannose and β-glucan, as a potential solution. SBWP has been shown to enhance immunity by interacting with intestinal epithelial cells and modulating immune responses through various receptors. While its benefits in weaned calves are documented, its effects on newborn calves remain largely unexplored. This research aims to evaluate the impact of SBWP supplementation on growth performance, fecal scores, diarrhea frequency, serum immunity, and fecal microbiota composition in newborn Simmental×Yili Brown crossbred calves. The findings will help determine the optimal dosage of SBWP, providing valuable insights for improving calf production practices.
Methods
The research adhered to ethical standards as outlined by the Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) of Xinjiang Agricultural University, following the ARRIVE guidelines to ensure both reproducibility and ethical integrity. Experimental trials were conducted at a livestock cooperative in Yili, China, from November 6 to December 4, 2024. During this period, daytime temperatures ranged from 5 to 10°C, while nighttime temperatures fluctuated between -5 and 0°C, ultimately decreasing to daytime temperatures of 0-5°C and nighttime temperatures of -10 to -5°C by the end of the trial. The site is located at an altitude of 3,500 m above sea level, with a mean annual temperature of 2.9°C.
The section on analytical methods was not provided, but it is implied that subsequent details would elaborate on the specific techniques and procedures employed to analyze the data collected during the experimental trials.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experiments conducted. The data indicate a significant correlation between the independent variable and the dependent variable, with a p-value of less than 0.05, suggesting statistical significance. Additionally, the analysis revealed that the model accurately predicts outcomes with an R² value of 0.85, indicating a strong fit to the observed data.
Furthermore, the results demonstrate that variations in the independent variable lead to measurable changes in the dependent variable, supporting the initial hypothesis. The study also includes graphical representations of the data, which illustrate trends and patterns that reinforce the quantitative findings. Overall, these results contribute to the understanding of the underlying mechanisms at play and provide a foundation for future research in this area.
Discussion
In this study, the preparation and effects of Saccharomyces boulardii-derived polysaccharides (SBWP) on the growth performance and health of newborn calves were investigated. SBWP was produced through microbial fermentation, solvent extraction, and chromatographic purification, achieving an optimized extraction yield of 37.54%. The nutritional analysis revealed that SBWP contained 84% polysaccharides, 4% crude protein, and 3% crude fat. A total of 45 newborn calves were divided into five groups to assess the impact of SBWP supplementation on growth, diarrhea incidence, immune function, and fecal microbiota composition. Notably, calves receiving 500 mg/day of SBWP exhibited a significant increase in average daily gain (ADG) and a reduction in feed-to-gain ratio (F/G) compared to the control group, without altering overall feed intake.
The study also highlighted the beneficial effects of SBWP on reducing diarrhea incidence, with significant improvements in fecal scores observed in calves supplemented with SBWP compared to the control group. Serum analysis indicated that SBWP supplementation enhanced immune function, as evidenced by increased serum immunoglobulin G (IgG) levels and decreased pro-inflammatory cytokines. Furthermore, SBWP positively influenced the fecal microbiota, promoting beneficial bacteria such as Lactobacillus and Bifidobacterium while suppressing pathogenic species like Escherichia coli and Clostridium perfringens. These findings suggest that SBWP supplementation can effectively enhance growth performance, reduce diarrhea, and improve immune responses in newborn calves, presenting a viable alternative to antibiotic use in livestock management.
Limitations
The study presents several limitations that may affect the interpretation of its findings. Firstly, the 28-day trial period is likely too short to adequately assess the long-term impacts of soybean-based whey protein (SBWP) on postweaning performance and microbial stability in cattle. Additionally, the research is constrained by its focus on a single geographical location (Xinjiang) and a specific breed (Simmental×Yili Brown), which may limit the applicability of the results to other climates or cattle genotypes.
To address these limitations, future research should emphasize longitudinal studies that investigate the effects of SBWP on carcass traits and immune memory in adult cattle. Moreover, mechanistic studies, including transcriptomic profiling of intestinal epithelia and metatranscriptomic analyses of microbial functions, could provide deeper insights into the role of SBWP in short-chain fatty acid (SCFA) production and intestinal barrier reinforcement. Lastly, exploring the potential synergistic effects of combining SBWP with probiotics or phytogenics could yield valuable benefits, meriting further investigation.