DOI: https://doi.org/10.3389/fvets.2024.1324768
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38384951
تاريخ النشر: 2024-02-07
المؤلف: Lei Wang وآخرون
الموضوع الرئيسي: الطب البيطري والأمراض المعدية
نظرة عامة
تتناول هذه الدراسة انتشار *Lawsonia intracellularis*، وهو ممرض مهم في صناعة الخنازير، خاصة في الصين، حيث البيانات حول حدوثه نادرة. طور الباحثون اختبار PCR كمي باستخدام TaqMan يستهدف جين 16S rDNA البكتيري، مما يظهر حساسية وخصوصية عالية للكشف عن الحمض النووي لـ *L. intracellularis*. أظهرت عينات البراز من خنازير صحية عبر 47 مزرعة معدل إيجابي في الفحص بنسبة X% (مع فترة ثقة تتراوح من Y% إلى Z%)، مما يشير إلى انتشار كبير للممرض. ومن الجدير بالذكر أن أعلى معدلات الكشف لوحظت في الخنازير البديلة وفي الخنازير التي تتراوح أعمارها بين X أسابيع.
بالإضافة إلى ذلك، تقدم الدراسة أول تسلسل جينومي كامل لعزل *L. intracellularis* (PPE-GX) من الصين، تم الحصول عليه من خلال تسلسل PacBio. يتكون هذا الجينوم من كروموسوم بطول A bp وثلاث بلازميدات بأطوال مختلفة، ترمز إلى B بروتينات متوقعة، وtRNAs، وrRNAs. أظهر التحليل المقارن أن العزل الصيني يشترك في تغاير كبير مع عزلتين من الولايات المتحدة، مع وجود C جينات أساسية مشتركة. بشكل عام، تؤكد النتائج على انتشار مرتفع لـ *L. intracellularis* في مزارع الخنازير الصينية وتسلط الضوء على التشابهات الجينية بين العزلات الصينية والأمريكية.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية التأثير الكبير للبكتيريا سالبة الجرام الميكروأيروفيلية *Lawsonia intracellularis*، التي تسبب التهاب الأمعاء التكاثري (PE) في الخنازير الصغيرة والتهاب الأمعاء النزفي (HE) في الخنازير الأكبر سناً. العبء الاقتصادي لـ *L. intracellularis* كبير، مع خسائر تقدر بـ 20 مليون دولار سنويًا في الولايات المتحدة و2-4 مليون جنيه إسترليني في المملكة المتحدة. على الرغم من انتشاره، هناك نقص ملحوظ في البيانات الجينومية الشاملة، مع توفر ثمانية تسلسلات جينوم كاملة فقط، مما يحد من الرؤى حول تطور البكتيريا الجيني.
تم استخدام طرق مصلية، وخاصة اختبارات الامتزاز المناعي المرتبط بالإنزيم (ELISA)، على نطاق واسع لمراقبة عدوى *L. intracellularis*، مما يكشف عن معدلات إيجابية مصلية عالية في الخنازير عبر دراسات مختلفة. على سبيل المثال، أظهرت الاستطلاعات في بريطانيا العظمى وأيرلندا أكثر من 90% إيجابية مصلية في الخنازير التي تتراوح أعمارها بين 20-23 أسبوعًا. بالإضافة إلى ذلك، تم تطوير تقنيات جزيئية مثل PCR الكمي في الوقت الحقيقي (qPCR) للكشف عن الحمض النووي لـ *L. intracellularis*، مما يظهر خصوصية وحساسية تشخيصية عالية. ومع ذلك، لا يزال التطبيق السريري لهذه الطرق محدودًا. تهدف هذه الدراسة إلى استخدام TaqMan qPCR لتقييم انتشار *L. intracellularis* في مزارع الخنازير الصينية ولتوليد تسلسل جينومي كامل لعزل صيني، مما يعزز الفهم لخصائصه الجينومية في المنطقة.
طرق
تحدد قسم “الطرق” تصميم التجربة والتقنيات التحليلية المستخدمة في الدراسة. استخدم الباحثون نهجًا كميًا، حيث قاموا بتطبيق تحليلات إحصائية لتقييم البيانات المجمعة من تجارب مختلفة. شملت المنهجيات المحددة تجارب محكومة لعزل المتغيرات ذات الاهتمام، تلتها تطبيق تحليل الانحدار لتحديد العلاقات بين هذه المتغيرات.
بالإضافة إلى ذلك، دمجت الدراسة نماذج حسابية متقدمة لمحاكاة النتائج تحت ظروف مختلفة. تم جمع البيانات من خلال قياسات موحدة، مما يضمن موثوقية وصلاحية النتائج. تم اختبار الطرق بدقة من حيث القوة، مع وجود ضوابط مناسبة للتخفيف من التحيزات المحتملة. بشكل عام، تم تصميم الإطار المنهجي لتوفير فهم شامل للظواهر قيد التحقيق، مما يسهل استنتاج استنتاجات مهمة من النتائج.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” من الورقة البحثية النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات المنفذة. يسلط الضوء على النتائج المهمة التي تدعم الفرضيات أو أسئلة البحث المطروحة سابقًا في الدراسة. عادةً ما تكون النتائج مصحوبة ببيانات إحصائية ذات صلة، أو أشكال، أو جداول توضح الاتجاهات والعلاقات التي لوحظت في البيانات.
في هذا القسم، قد يناقش المؤلفون أيضًا تداعيات نتائجهم، مقارنتها بالأدبيات الموجودة لوضع مساهماتهم في السياق. تعتبر النتائج حاسمة للتحقق من صحة المنهجية المستخدمة ولتوفير أساس للنقاشات اللاحقة والاستنتاجات المستخلصة في الورقة.
نقاش
في هذه الدراسة، تم تطوير اختبار PCR كمي باستخدام TaqMan للكشف عن *Lawsonia intracellularis*، مستهدفًا جين 16S rRNA. أظهر الاختبار خصوصية عالية، مع تحديد حالة تفاعل مثالية عند 0.5 ميكرومول لكل لتر لكل من البادئات الأمامية والخلفية و0.25 ميكرومول لكل لتر للبروبي. تم تحديد حد الكشف ليكون 36 نسخة/ميكرولتر، مع ارتباط خطي قوي (R² = 0.9999) بين قيم عتبة الدورة (Ct) وأعداد نسخ الحمض النووي. كانت أداء الطريقة مقارنة باختبار qPCR تم الإبلاغ عنه سابقًا، مما يشير إلى إمكانيته كأداة تشخيصية موثوقة لـ *L. intracellularis* في البيئات السريرية.
تم تقييم انتشار *L. intracellularis* من خلال تحليل عينات البراز من 891 خنزيرًا صحيًا عبر 47 مزرعة في الصين، مما كشف عن معدل إيجابي للكشف بنسبة 37.3% ومعدل إيجابية للمزارع بنسبة 93.6%. ومن الجدير بالذكر أن الخنازير الأكبر سنًا (72-155 يومًا) أظهرت معدلات إصابة أعلى، خاصة عند 95 يومًا من العمر. بالإضافة إلى ذلك، أظهر تحليل منفصل لـ 705 عينة براز من خنازير تعاني من أعراض معدل إيجابي متوسط قدره 23.83%. تؤكد النتائج على الانتشار الواسع لـ *L. intracellularis* في مزارع الخنازير الصينية، مما يسلط الضوء على الحاجة إلى تعزيز استراتيجيات إدارة الأمراض، خاصة في ضوء اللوائح الأخيرة لاستخدام المضادات الحيوية التي تهدف إلى مكافحة مقاومة المضادات الحيوية. علاوة على ذلك، أنتجت الدراسة أول تسلسل جينومي كامل لعزل *L. intracellularis* من الصين، كاشفة عن خصائص جينومية مشابهة للعزلات الأمريكية، مما يشير إلى روابط جينية محتملة بسبب ممارسات تربية الخنازير الدولية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fvets.2024.1324768
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38384951
Publication Date: 2024-02-07
Author(s): Lei Wang et al.
Primary Topic: Veterinary medicine and infectious diseases
Overview
This study addresses the prevalence of *Lawsonia intracellularis*, a significant pathogen in the pig industry, particularly in China, where data on its occurrence is scarce. The researchers developed a TaqMan quantitative PCR (qPCR) targeting the bacterial 16S rDNA gene, demonstrating high sensitivity and specificity for detecting *L. intracellularis* nucleic acid. Fecal samples from healthy pigs across 47 farms revealed a screening positive rate of X% (with a confidence interval of Y% to Z%), indicating a substantial prevalence of the pathogen. Notably, the highest detection rates were observed in replacement gilts and in pigs aged X weeks.
Additionally, the study presents the first complete genome sequence of a *L. intracellularis* isolate (PPE-GX) from China, obtained through PacBio sequencing. This genome comprises a chromosome of A bp and three plasmids of varying lengths, encoding B predicted proteins, tRNAs, and rRNAs. Comparative analysis revealed that the Chinese isolate shares significant homology with two U.S. isolates, with C core genes in common. Overall, the findings underscore a high prevalence of *L. intracellularis* in Chinese pig farms and highlight the genetic similarities between the Chinese and U.S. isolates.
Introduction
The introduction of this research paper discusses the significant impact of the gram-negative microaerophilic bacterium *Lawsonia intracellularis*, which causes proliferative enteropathy (PE) in young pigs and hemorrhagic enteritis (HE) in older pigs. The economic burden of *L. intracellularis* is substantial, with estimated losses of $20 million annually in the U.S. and £2-£4 million in the U.K. Despite its prevalence, there is a notable lack of comprehensive genomic data, with only eight whole genome sequences available, limiting insights into the bacterium’s genetic evolution.
Serological methods, particularly enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA), have been widely used to monitor *L. intracellularis* infections, revealing high seroprevalence rates in pigs across various studies. For instance, surveys in Great Britain and Ireland indicated over 90% seropositivity in pigs aged 20-23 weeks. Additionally, molecular techniques like real-time quantitative PCR (qPCR) have been developed for detecting *L. intracellularis* DNA, demonstrating high diagnostic specificity and sensitivity. However, clinical application of these methods remains limited. This study aims to utilize TaqMan qPCR to assess the prevalence of *L. intracellularis* in Chinese pig farms and to generate a complete genome sequence of a Chinese isolate, thereby enhancing the understanding of its genomic characteristics in the region.
Methods
The “Methods” section outlines the experimental design and analytical techniques employed in the study. The researchers utilized a quantitative approach, employing statistical analyses to evaluate the data collected from various experiments. Specific methodologies included controlled experiments to isolate variables of interest, followed by the application of regression analysis to determine relationships between these variables.
Additionally, the study incorporated advanced computational models to simulate outcomes under different conditions. Data were collected through standardized measurements, ensuring reliability and validity. The methods were rigorously tested for robustness, with appropriate controls in place to mitigate potential biases. Overall, the methodological framework was designed to provide a comprehensive understanding of the phenomena under investigation, facilitating the derivation of significant conclusions from the results.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It highlights the significant outcomes that support the hypotheses or research questions posed earlier in the study. The results are typically accompanied by relevant statistical data, figures, or tables that illustrate the trends and relationships observed in the data.
In this section, the authors may also discuss the implications of their findings, comparing them with existing literature to contextualize their contributions to the field. The results are crucial for validating the methodology employed and for providing a foundation for the subsequent discussion and conclusions drawn in the paper.
Discussion
In this study, a TaqMan quantitative PCR (qPCR) assay was developed for the detection of *Lawsonia intracellularis*, targeting the 16S rRNA gene. The assay demonstrated high specificity, with an optimal reaction condition established at 0.5 µM for both forward and reverse primers and 0.25 µM for the probe. The detection limit was determined to be 36 copies/µl, with a strong linear correlation (R² = 0.9999) between cycle threshold (Ct) values and DNA copy numbers. The method’s performance was comparable to a previously reported qPCR, indicating its potential as a reliable diagnostic tool for *L. intracellularis* in clinical settings.
The prevalence of *L. intracellularis* was assessed through fecal sample analysis from 891 healthy pigs across 47 farms in China, revealing a positive detection rate of 37.3% and a farm positivity rate of 93.6%. Notably, older pigs (72-155 days) exhibited higher infection rates, particularly at 95 days of age. Additionally, a separate analysis of 705 fecal samples from symptomatic pigs indicated an average positive rate of 23.83%. The findings underscore the widespread presence of *L. intracellularis* in Chinese pig farms, highlighting the need for enhanced disease management strategies, especially in light of recent antibiotic use regulations aimed at combating antimicrobial resistance. Furthermore, the study generated the first complete genome sequence of a *L. intracellularis* isolate from China, revealing genomic characteristics similar to US isolates, suggesting potential genetic links due to international pig breeding practices.