DOI: https://doi.org/10.3389/fcimb.2025.1586121
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40496016
تاريخ النشر: 2025-05-27
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: صحة الحيوان وعلم المناعة
نظرة عامة
تدرس الدراسة التأثيرات الوقائية لحقن البيتا-غلوكان من الخميرة عن طريق البطن على الإسهال في عجول هولشتاين خلال أول 74 يومًا من حياتها. تم تقسيم 52 عجلًا حديث الولادة بصحة جيدة إلى مجموعتين: مجموعة ضابطة تتلقى محلول ملحي ومجموعة تجريبية تتلقى البيتا-غلوكان من الخميرة (0.1 غم/مل، 50 ملغ/كغ من وزن الجسم) في عمر 3 و6 أيام. تم مراقبة مقاييس رئيسية مثل وزن الجسم، حالة الصحة، وتناسق البراز، إلى جانب تحليلات عينات المصل والبراز في فترات محددة.
أشارت النتائج إلى أن حقن البيتا-غلوكان من الخميرة حفز استجابة التهابية، كما يتضح من زيادة السيتوكينات في المصل (IL-1β، IL-6، TNF-α)، والأجسام المضادة (IgG، IgM)، والمواد المضادة للميكروبات في البراز (الدفاعين، الأجسام المضادة المفرزة A) خلال 24 ساعة. على الرغم من عدم وجود تحسين كبير في أداء النمو أو كفاءة التغذية، إلا أن العلاج قلل بشكل ملحوظ من حدوث الإسهال وأمراض الجهاز التنفسي، خاصة بين اليوم 31 و60. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت مجموعة IP مستويات مرتفعة من IL-6 في المصل وتكوين بكتيري مستحب في المستقيم، مع زيادة في أعداد البكتيريا المفيدة مثل بيفيدوباكتيريوم، بينما انخفضت مستويات دايامين أوكسيداز (DAO) ومالونالديهايد بحلول اليوم 30.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الانتشار الكبير للإسهال وأمراض الجهاز التنفسي البقري (BRD) في العجول عبر دول مختلفة، مع معدلات تم الإبلاغ عنها تبلغ 18.9% و11.3% في الولايات المتحدة، و29% و39% في كندا، و17.9% و6.0% في أستراليا، على التوالي. هذه الأمراض مسؤولة عن نسبة كبيرة من وفيات العجول، حيث تمثل 32.0% و14.1% من إجمالي الوفيات. تُعزى تعقيدات إسهال العجول إلى مجموعة متنوعة من مسببات الأمراض، مما يعقد جهود التطعيم. تقدم التطورات الأخيرة في فهم المناعة المدربة – حيث تطور خلايا المناعة الفطرية ذاكرة استجابة لمسببات الأمراض – استراتيجيات جديدة محتملة لمنع هذه العدوى.
تركز الدراسة على تأثيرات البيتا-غلوكان من الخميرة كمحفز للمناعة المدربة في عجول الألبان من سلالة هولشتاين. أشارت الأبحاث السابقة إلى أن البيتا-غلوكان يمكن أن تعزز ذاكرة المناعة وتحسن النتائج الصحية في الماشية. تهدف الدراسة بشكل محدد إلى تقييم تأثير حقن البيتا-غلوكان من الخميرة عن طريق البطن عند الولادة على حدوث الإسهال وBRD خلال فترة الرضاعة والفطام المبكر. بالإضافة إلى ذلك، ستبحث في الفروق في العوامل الالتهابية وبروتينات الدفاع في المصل والبراز بين المجموعات المعالجة والضابطة، مما يستكشف الآليات الأساسية للمناعة المدربة المتعلقة بصحة الأمعاء في العجول. قد تسهم هذه الأبحاث في استراتيجيات جديدة لتعزيز صحة العجول وتقليل انتشار الأمراض.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم استخدام 52 عجلًا صحيًا من سلالة هولشتاين، بعمر 3 أيام بمتوسط وزن جسم 39.3 ± 0.82 كغ، للتحقيق في تأثيرات إدارة البيتا-غلوكان من الخميرة عن طريق البطن. تم إيواء العجول في ملاجئ فردية داخل حظيرة ذات تهوية طبيعية، وتم الحفاظ على بيئتها مع فرشة نظيفة وتنظيف منتظم لضمان النظافة. تم تعيينهم عشوائيًا إلى مجموعتين علاجيتين: مجموعة ضابطة تتلقى محلول ملحي (CON) ومجموعة علاجية تتلقى البيتا-غلوكان من الخميرة (0.1 غم/مل، 50 ملغ/كغ من وزن الجسم) في عمر 3 و6 أيام.
شمل التصميم التجريبي نظام تغذية منظم، حيث تم إطعام العجول الحليب مرتين يوميًا، مع زيادة الأحجام من 6 لترات/يوم إلى 12 لترًا/يوم مع تقدمهم في العمر. من 20 إلى 23 يومًا، تم إدخال بديل الحليب التجاري تدريجيًا بمعدل 23.4% بروتين خام و13.7% دهون ليحل محل الحليب. حدث الفطام على مدى فترة 10 أيام، مع تقليل أحجام الحليب المقدمة حتى الفطام الكامل. تم توثيق التركيبة التفصيلية لبديل الحليب وتركيز البداية في الجداول المرفقة. كانت الدراسة تهدف إلى تقييم تأثير البيتا-غلوكان على نمو العجول ونتائج الصحة طوال فترة التجربة التي استمرت 74 يومًا.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثيرات حقن البيتا-غلوكان من الخميرة عن طريق البطن على الوقاية من الإسهال وأمراض الجهاز التنفسي البقري (BRD) في العجول. أشارت النتائج إلى أن العلاج قلل بشكل كبير من تكرار كل من الإسهال وBRD خلال فترة الرضاعة الحرجة، خاصة بين 31 و60 يومًا من العمر. تم تعزيز الاستجابة المناعية في مجموعة البيتا-غلوكان، كما يتضح من ارتفاع مستويات السيتوكينات المؤيدة للالتهاب (IL-1β، IL-6، TNF-α) والأجسام المضادة (IgG، IgM)، إلى جانب زيادة المواد المضادة للميكروبات المعوية مثل الدفاعين والأجسام المضادة المفرزة A (sIgA). هذا يشير إلى أن الإدارة المبكرة للبيتا-غلوكان قد تحفز ذاكرة المناعة، مما يحسن من مقاومة العجول للعدوى.
على الرغم من التأثيرات الإيجابية على مؤشرات الصحة، لم يتم ملاحظة اختلافات كبيرة في متوسط الزيادة اليومية في الوزن (ADG) أو كفاءة التغذية بين المجموعتين المعالجة والضابطة. قد يُعزى هذا النقص في التحسين في أداء النمو إلى متطلبات الطاقة للاستجابة المناعية المرتفعة في مجموعة البيتا-غلوكان، والتي قد تكون قد عوضت عن المكاسب المحتملة من تحسين الصحة. بالإضافة إلى ذلك، سلطت الدراسة الضوء على التغيرات في الميكروبيوم المعوي، حيث أظهرت مجموعة البيتا-غلوكان هيكل مجتمع بكتيري أكثر استقرارًا، على الرغم من أن الآليات المحددة التي تؤثر بها البيتا-غلوكان على صحة الأمعاء ووظيفة المناعة تستدعي مزيدًا من التحقيق. بشكل عام، تؤكد النتائج على إمكانية استخدام البيتا-غلوكان من الخميرة كوسيلة وقائية ضد الأمراض الشائعة في العجول، مما يبرز دورها في تعزيز الاستجابات المناعية خلال مرحلة تطوير حساسة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fcimb.2025.1586121
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40496016
Publication Date: 2025-05-27
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: Animal health and immunology
Overview
The study investigates the prophylactic effects of intraperitoneal injection of yeast beta-glucan on diarrhea in Holstein calves during their first 74 days of life. A total of 52 healthy newborn calves were divided into two groups: a control group receiving saline and an experimental group receiving yeast beta-glucan (0.1 g/mL, 50 mg/kg body weight) at 3 and 6 days of age. Key metrics such as body weight, health status, and fecal consistency were monitored, alongside serum and fecal sample analyses at specified intervals.
Results indicated that the yeast beta-glucan injection stimulated an inflammatory response, evidenced by increased serum cytokines (IL-1β, IL-6, TNF-α), immunoglobulins (IgG, IgM), and fecal antimicrobial substances (defensin, secreted immunoglobulin A) within 24 hours. Although there was no significant improvement in growth performance or feed efficiency, the treatment notably reduced the incidence of diarrhea and respiratory disease, particularly between days 31 and 60. Additionally, the IP group exhibited enhanced serum IL-6 levels and a favorable rectal bacterial composition, with increased populations of beneficial bacteria such as Bifidobacterium, while serum diamine oxidase (DAO) and malonaldehyde levels decreased by day 30.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significant prevalence of diarrhea and bovine respiratory disease (BRD) in calves across various countries, with reported rates of 18.9% and 11.3% in the USA, 29% and 39% in Canada, and 17.9% and 6.0% in Australia, respectively. These diseases are responsible for a substantial proportion of calf mortality, accounting for 32.0% and 14.1% of total deaths. The complexity of calf diarrhea is attributed to a variety of pathogens, complicating vaccination efforts. Recent advancements in the understanding of trained immunity—where innate immune cells develop memory in response to pathogens—offer potential new strategies for preventing these infections.
The study focuses on the effects of yeast beta-glucan as an inducer of trained immunity in Holstein dairy calves. Previous research has indicated that beta-glucans can enhance immune memory and improve health outcomes in livestock. Specifically, the study aims to assess the impact of intraperitoneal injection of yeast beta-glucan at birth on the incidence of diarrhea and BRD during lactation and early weaning. Additionally, it will investigate the differences in inflammatory factors and defense proteins in serum and feces between treated and control groups, thereby exploring the underlying mechanisms of trained immunity related to intestinal health in calves. This research may contribute to novel strategies for enhancing calf health and reducing disease prevalence.
Methods
In this study, 52 healthy Holstein heifer calves, aged 3 days with an average body weight of 39.3 ± 0.82 kg, were utilized to investigate the effects of intraperitoneal yeast β-glucan administration. The calves were housed in individual shelters within a naturally ventilated barn, and their environment was maintained with fresh bedding and regular cleaning to ensure hygiene. They were randomly assigned to two treatment groups: a control group receiving saline (CON) and a treatment group receiving yeast β-glucan (0.1 g/mL, 50 mg/kg body weight) at 3 and 6 days of age.
The experimental design included a structured feeding regimen, where calves were fed milk twice daily, with volumes increasing from 6 L/d to 12 L/d as they aged. From 20 to 23 days, a commercial milk replacer with 23.4% crude protein and 13.7% fat was gradually introduced to replace milk. Weaning occurred over a 10-day period, with decreasing milk volumes provided until complete weaning. The detailed composition of the milk replacer and starter concentrate was documented in accompanying tables. The study aimed to assess the impact of β-glucan on calf development and health outcomes throughout the 74-day experimental period.
Discussion
In this study, the effects of intraperitoneal injection of yeast β-glucan on the prevention of diarrhea and bovine respiratory disease (BRD) in calves were investigated. The results indicated that the treatment significantly reduced the frequency of both diarrhea and BRD during the critical suckling period, particularly between 31 and 60 days of age. The immune response was enhanced in the β-glucan group, as evidenced by elevated levels of pro-inflammatory cytokines (IL-1β, IL-6, TNF-α) and immunoglobulins (IgG, IgM), alongside increased intestinal antimicrobial substances such as defensin and secreted immunoglobulin A (sIgA). This suggests that early β-glucan administration may induce immune memory, thereby improving the calves’ resilience to infections.
Despite the positive effects on health indicators, no significant differences were observed in average daily gain (ADG) or feed efficiency between the treatment and control groups. This lack of improvement in growth performance may be attributed to the energy demands of the heightened immune response in the β-glucan group, which could have offset potential gains from improved health. Additionally, the study highlighted changes in the intestinal microbiota, with the β-glucan group exhibiting a more stable bacterial community structure, although the specific mechanisms by which β-glucan influences gut health and immune function warrant further investigation. Overall, the findings underscore the potential of yeast β-glucan as a preventive measure against common calf diseases, emphasizing its role in enhancing immune responses during a vulnerable developmental stage.