DOI: https://doi.org/10.1038/s41522-026-00949-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41786735
تاريخ النشر: 2026-03-05
المؤلف: Yang Wen وآخرون
الموضوع الرئيسي: العناصر النزرة في الصحة
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تأثير مكملات النحاس الغذائية على تطور مقاومة البراز في الخنازير الصغيرة، مع التركيز على انتقال مقاومة المضادات الحيوية (AMR) في بيئات المزارع. قام الباحثون بتزويد الخنازير الصغيرة بـ 120 ملغ/كغ من CuSO4 وبتيدات النحاس، تلاها تسلسل ميتاجينومي لتحليل التغيرات في مقاومة البراز. كشفت النتائج أن مكملات CuSO4 أدت إلى زيادة في كل من جينات مقاومة المضادات الحيوية (ARGs) وجينات مقاومة المعادن (MRGs)، مع استمرار ملحوظ لجينات ARGs ومقاومة النحاس حتى بعد سحب CuSO4، بينما انخفضت MRGs بسرعة. كان تطور المقاومة مرتبطًا بوفرة عالية من العناصر الجينية المتنقلة (MGEs)، والتي ساهمت في وجود خزان لمقاومة متعددة المضادات الحيوية توجد بشكل رئيسي في البكتيريا المسببة للأمراض.
بالإضافة إلى ذلك، أبرزت الدراسة أن CuSO4 الغذائية تعطل التوازن القولوني، مما يؤدي إلى تضرر سلامة الظهارة وانخفاض في البكتيريا المنتجة للبيوتيرات. تزامنت هذه الاضطرابات مع بيئة من الإجهاد التأكسدي وزيادة انتشار مسببات الأمراض متعددة المقاومة، مثل *Escherichia coli* و*Enterococcus spp.* أكدت التجارب في المختبر هذه النتائج، حيث أظهرت أن مكملات البيوتيرات والظروف منخفضة الأكسجين يمكن أن تخفف من توليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) الناتجة عن النحاس وتقلل من تكرار نقل ARGs. تؤكد الأبحاث على المخاطر المحتملة المرتبطة بالنحاس غير العضوي في حميات الماشية وتدعو إلى استخدام النحاس العضوي كبديل أكثر استدامة للتخفيف من مقاومة المضادات الحيوية في الحيوانات المرباة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التحدي الكبير الذي تمثله مقاومة المضادات الحيوية (AMR) في الماشية، خاصة تحت مفهوم “الصحة الواحدة”. مع حظر المضادات الحيوية كمعززات للنمو، قد تسهم بدائل مثل النحاس، الذي يُستخدم على نطاق واسع في الخنازير الصغيرة المفطومة، بشكل غير مقصود في AMR من خلال العمل كعوامل اختيار مشتركة. إن امتصاص النحاس محدود (حوالي 10%)، مما يؤدي إلى إفرازه في النظم البيئية الزراعية، حيث يمارس ضغطًا انتقائيًا على الميكروبيوم البرازي، مما يسهل تطوير جينات مقاومة المضادات الحيوية (ARGs) وجينات مقاومة المعادن (MRGs).
تؤكد النصوص على التفاعل المعقد بين الضغوط البيئية، مثل المعادن الثقيلة، وظهور AMR، مشيرة إلى أن التعرض للنحاس يمكن أن ينشط آليات النقل الأفقي للمقاومة. تشير الدراسات إلى أن العناصر الجينية المتنقلة (MGEs) قد تسهل النقل المشترك لجينات ARGs في الميكروبيومات المعرضة لمستويات عالية من المعادن الثقيلة. أظهرت الأبحاث السابقة أن مكملات النحاس الغذائية بجرعة 120 ملغ/كغ يمكن أن تسبب إصابة في حاجز القولون وتعزز نمو البكتيريا المسببة للأمراض، مما يشير إلى أن مثل هذه الظروف قد تعزز انتقال ARGs. يدعو المؤلفون إلى إعادة تقييم استراتيجيات مكملات النحاس في الماشية للتخفيف من المخاطر المرتبطة بالاستخدام المفرط للمضادات الحيوية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث أسفرت الاختبارات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون بسبب الصدفة.
بالإضافة إلى ذلك، تُظهر النتائج أن المجموعة التجريبية أظهرت تحسنًا ملحوظًا في مقاييس الأداء مقارنةً بالمجموعة الضابطة، مع حساب أحجام التأثير لتعزيز الأهمية العملية لهذه النتائج. توضح التمثيلات البيانية للبيانات الاتجاهات والأنماط، مما يدعم الفرضية القائلة بأن التدخل كان له تأثير إيجابي على النتائج المقاسة.
بشكل عام، توفر النتائج أدلة قوية على فعالية المنهجية المقترحة، مما يستدعي المزيد من الاستكشاف والتطبيق المحتمل في المجالات ذات الصلة.
المناقشة
تدرس الدراسة تأثير مصادر النحاس الغذائية على مقاومة البراز في الخنازير، مع التركيز على دور التوازن المعوي في تطوير واستمرار جينات مقاومة المضادات الحيوية (ARGs) وجينات مقاومة المعادن (MRGs). تكشف النتائج أن كبريتات النحاس الغذائية (CuSO₄) تعزز بشكل كبير وفرة وتنوع ARGs وMRGs، بشكل أساسي من خلال تحفيز عدم التوازن الميكروبي الذي يتميز بالإجهاد التأكسدي، وتضرر سلامة حاجز الأمعاء، وانخفاض مستويات البيوتيرات. يسهل هذا عدم التوازن النقل الأفقي لجينات المقاومة، خاصة تلك المرتبطة بالعناصر الجينية المتنقلة (MGEs) على البلازميدات. في المقابل، يبدو أن مكملات النحاس العضوي تعمل على استقرار صحة الأمعاء، مما يحد من حركة جينات المقاومة.
يدعم نموذج الثقافة المشتركة في المختبر هذه الاستنتاجات، حيث يظهر أن التعرض للنحاس يؤدي إلى زيادة إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) وانخفاض المقاومة الكهربائية عبر الظهارة (TEER)، مما يرتبط بزيادة النقل التزاوجي لجينات ARGs. تبرز الأبحاث التفاعل المعقد بين النحاس الغذائي، وديناميات الميكروبيوم المعوي، ونقل جينات المقاومة، مما يشير إلى أن الحفاظ على صحة الأمعاء أمر حاسم للتخفيف من انتشار مقاومة المضادات الحيوية تحت التعرض للمعادن الثقيلة. بشكل عام، تؤكد النتائج على الحاجة إلى النظر في الآثار الأوسع لمكملات النحاس الغذائية على المقاومة الميكروبية في البيئات الزراعية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41522-026-00949-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41786735
Publication Date: 2026-03-05
Author(s): Yang Wen et al.
Primary Topic: Trace Elements in Health
Overview
This study investigates the impact of dietary copper supplementation on the development of the fecal resistome in piglets, focusing on the transmission of antimicrobial resistance (AMR) in livestock environments. The researchers supplemented piglets with 120 mg/kg of CuSO4 and copper-peptide, followed by metagenomic sequencing to analyze changes in the fecal resistome. The findings revealed that CuSO4 supplementation led to an increase in both antibiotic resistance genes (ARGs) and metal resistance genes (MRGs), with a notable persistence of ARGs and copper resistance even after CuSO4 was withdrawn, while MRGs declined rapidly. The resistance development was associated with a high abundance of mobile genetic elements (MGEs), which contributed to a reservoir of multiple-antibiotic resistance predominantly found in pathogenic bacteria.
Additionally, the study highlighted that dietary CuSO4 disrupted colonic homeostasis, resulting in compromised epithelial integrity and a decrease in butyrate-producing bacteria. This disruption coincided with an oxidative stress environment and an increased prevalence of multi-resistant pathogens, such as *Escherichia coli* and *Enterococcus spp.* In vitro experiments corroborated these findings, demonstrating that butyrate supplementation and hypoxic conditions could mitigate copper-induced reactive oxygen species (ROS) generation and reduce the transfer frequency of ARGs. The research underscores the potential risks associated with inorganic copper in livestock diets and advocates for the use of organic copper as a more sustainable alternative to mitigate antimicrobial resistance in farmed animals.
Introduction
The introduction highlights the significant public health challenge posed by antimicrobial resistance (AMR) in livestock, particularly under the ‘one health’ concept. With the prohibition of antibiotics as growth promoters, alternatives like copper, which is extensively used in weaned piglets, may inadvertently contribute to AMR by acting as co-selection drivers. The absorption of copper is limited (approximately 10%), leading to its excretion into agricultural ecosystems, where it exerts selective pressure on the fecal microbiome, potentially facilitating the development of antibiotic resistance genes (ARGs) and metal resistance genes (MRGs).
The text underscores the complex interplay between environmental stressors, such as heavy metals, and the emergence of AMR, noting that copper exposure can activate mechanisms for the horizontal transfer of resistance. Studies indicate that mobile genetic elements (MGEs) may facilitate the co-transfer of ARGs in microbiomes exposed to high heavy metal levels. Previous research demonstrated that dietary copper supplementation at 120 mg/kg could induce colonic barrier injury and promote pathogenic bacterial growth, suggesting that such conditions may enhance the transmission of ARGs. The authors call for a reassessment of copper supplementation strategies in livestock to mitigate the risks associated with excessive antimicrobial use.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests yielding p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance.
Additionally, the results demonstrate that the experimental group exhibited a marked improvement in performance metrics compared to the control group, with effect sizes calculated to reinforce the practical significance of these findings. Graphical representations of the data further illustrate trends and patterns, supporting the hypothesis that the intervention had a positive impact on the outcomes measured.
Overall, the results provide compelling evidence for the efficacy of the proposed methodology, warranting further exploration and potential application in relevant fields.
Discussion
The study investigates the influence of dietary copper sources on the fecal resistome in pigs, emphasizing the role of intestinal homeostasis in the development and persistence of antimicrobial resistance genes (ARGs) and metal resistance genes (MRGs). The findings reveal that dietary copper sulfate (CuSO₄) significantly enhances the abundance and diversity of ARGs and MRGs, primarily by inducing dysbiosis characterized by oxidative stress, compromised gut barrier integrity, and reduced butyrate levels. This dysbiosis facilitates the horizontal transfer of resistance genes, particularly those associated with mobile genetic elements (MGEs) on plasmids. In contrast, organic copper supplementation appears to stabilize gut health, thereby limiting the mobility of resistance genes.
The study’s in vitro co-culture model supports these conclusions, demonstrating that copper exposure leads to increased reactive oxygen species (ROS) production and decreased transepithelial electrical resistance (TEER), which correlates with enhanced conjugative transfer of ARGs. The research highlights the complex interplay between dietary copper, gut microbiome dynamics, and resistance gene transfer, suggesting that maintaining intestinal health is crucial for mitigating the spread of antimicrobial resistance under heavy metal exposure. Overall, the results underscore the need to consider the broader implications of dietary copper on microbial resistance in agricultural settings.