DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2025-27842
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41724474
تاريخ النشر: 2026-02-21
المؤلف: Anastasia Lisuzzo وآخرون
الموضوع الرئيسي: جودة الحليب والتهاب الضرع في الأبقار الحلوب
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة ملفات الميتابولوم الحليبي المرتبطة بالعدوى داخل الثدي، التهاب الضرع تحت السريري، والتهاب الضرع السريري في الأبقار الحلوب، مع معالجة فجوة في المعرفة بشأن التغيرات الميتابولومية المرتبطة بهذه الحالات. تم تصنيف 80 عينة حليب من أرباع الأبقار الهولشتاين-فريزيان متعددة الولادات إلى أربع مجموعات: صحية (H)، عدوى داخل الثدي (IMI)، التهاب الضرع تحت السريري (SCM)، والتهاب الضرع السريري (CM). كشفت التحليلات الإحصائية باستخدام نموذج مختلط خطي عن 45 مستقلبًا، مع 34 منها تظهر اختلافات ملحوظة عبر المجموعات. من الجدير بالذكر أن 18 مستقلبًا أظهر تغييرًا تدريجيًا من المرحلة الصحية إلى مرحلة التهاب الضرع السريري، بينما تم تغيير 12 مستقلبًا بشكل فريد في مجموعة التهاب الضرع السريري.
تشير النتائج إلى أن التغيرات الميتابولومية في الحليب تبدأ حتى عندما تكون أعداد الخلايا الجسدية ضمن الحدود الطبيعية، مما يشير إلى أن بداية العدوى تحفز تغييرات مرتبطة بالالتهاب، والإجهاد التأكسدي، والاضطرابات الأيضية. بشكل محدد، تسلط الدراسة الضوء على زيادة علامات الالتهاب، وتلف حاجز الدم-الحليب، وضعف الأيض الطاقي، خاصة في التهاب الضرع السريري، حيث لوحظت اضطرابات في دورة الحمض الثلاثي الكربوكسيلي (TCA) وأيض الدهون. تؤكد النتائج على إمكانية استخدام الميتابولوم الحليبي كأداة تشخيصية لتقييم صحة الضرع وتقترح أن البحث الإضافي الذي يقارن بين ملفات الميتابولوم في الدم والحليب يمكن أن يعزز فهم حالة صحة الحيوانات.
مقدمة
يعتبر التهاب الضرع، وهو التهاب وعدوى في الغدة الثديية ناتجة أساسًا عن البكتيريا، تحديًا كبيرًا في تربية الألبان، حيث يؤثر على صحة الحيوانات، وإنتاج الحليب، وتكاليف العلاج. يؤثر على جزء كبير من قطعان الألبان، مع معدلات انتشار تتراوح بين 25% إلى 60%. عادة ما تدخل العدوى من خلال قناة الحلمة، مما يحفز استجابات مناعية ترفع من أعداد الخلايا الجسدية (SCC) في الحليب، والتي تُستخدم عادة للتشخيص. يعتبر عتبة 200,000 خلية/مل مؤشراً على العدوى، على الرغم من أن التحليل البكتريولوجي لا يزال هو المعيار الذهبي للتشخيص على الرغم من طبيعته المستغرقة للوقت. يمكن تصنيف التهاب الضرع إلى التهاب سريري أو تحت سريري، مع درجات متفاوتة من الشدة بناءً على العلامات السريرية ومستويات SCC.
تركز الدراسة على الملف الميتابولومي للحليب من الأبقار الحلوب المصابة بعدوى داخل الثدي، التهاب الضرع تحت السريري، والتهاب الضرع السريري. تفترض أن هذه الحالات تؤدي إلى تغييرات مميزة في الميتابولوم الحليبي، مما قد يعزز فهم تأثير التهاب الضرع على جودة الحليب. بينما استكشفت الأبحاث السابقة الميتابولوم الحليبي، لا يزال هناك فجوة في المعرفة بشأن الآليات المحددة التي تؤثر بها العدوى داخل الثدي على مستقلبات الحليب. تهدف هذه الدراسة إلى سد تلك الفجوة من خلال تحليل ملفات الميتابولوم للحليب المرتبطة بحالات التهاب الضرع المختلفة.
طرق البحث
توضح قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يتفصل في المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، معدات، وعينات بيولوجية، لضمان إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجية التقنيات المستخدمة لجمع البيانات وتحليلها، بما في ذلك الطرق الإحصائية المطبقة لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم إعداد التجربة، بما في ذلك مجموعات التحكم والعلاج، فضلاً عن أي بروتوكولات ذات صلة تم اتباعها لضمان سلامة وموثوقية النتائج. بشكل عام، يعد هذا القسم دليلاً شاملاً للإطار التجريبي الذي يدعم استنتاجات البحث.
النتائج
كشفت نتائج الدراسة حول التهاب الضرع في الأبقار عن اختلافات ملحوظة في عدد الخلايا الجسدية (SCC) بين المجموعات المصنفة كعدوى داخل الثدي (IMI)، التهاب الضرع تحت السريري (SCM)، التهاب الضرع السريري (CM)، وصحية (H). أكدت التحليلات البكتريولوجية وجود ثقافات إيجابية لمجموعات IMI وSCM وCM، بينما أظهرت مجموعة H نتائج سلبية. أظهرت مجموعة IMI توزيعًا متوازنًا للعدوى الأحادية والعدوى المشتركة (50% لكل منهما)، بينما كانت لمجموعتي SCM وCM نسب أعلى من العدوى الأحادية (65% و75% على التوالي). تضمنت العلامات السريرية لالتهاب الضرع خصائص حليب غير طبيعية وتورم في الضرع.
حدد التحليل الميتابولومي 45 مستقلبًا، مع ملاحظة تجمعات ملحوظة من خلال تحليل التمييز الجزئي النادر (sPLS-DA). تم فصل مجموعة CM بشكل واضح عن المجموعات الأخرى، بينما أظهرت مجموعة SCM فصلًا جزئيًا عن مجموعة IMI. أشار تحليل المسار إلى تغييرات ملحوظة في المسارات الأيضية، بما في ذلك أيض الجلايسين، السيرين، والثريونين، وأيض الجليسرول فوسفوليبيد، ودورة السترات، خاصة في المجموعات الفرعية المرتبطة بانخفاض تركيزات المستقلبات في مجموعة CM. أظهرت 34 مستقلبًا اختلافات ملحوظة عبر المجموعات، مع تغييرات ملحوظة من الحالة الصحية إلى حالة CM. تسلط الدراسة الضوء على التحولات الأيضية المرتبطة بالتهاب الضرع، مما يوفر رؤى حول العلامات الحيوية المحتملة لتشخيص المرض وإدارته.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على التغيرات الأيضية في الحليب المرتبطة بالتهاب الضرع في الأبقار الحلوب، مع التأكيد على العلاقة بين الحالات الالتهابية وتركيب الحليب. وجدت الدراسة انخفاضًا ملحوظًا في تركيز اللاكتوز في الحليب من الأبقار المصابة بالتهاب الضرع السريري (CM) مقارنة بالأبقار الصحية (H)، مما يشير إلى تلف حاجز الدم-الحليب بسبب الالتهاب. تم تأكيد ذلك من خلال زيادة مستويات المستقلبات مثل N-acetyl-glucosamine وحمض 5-dodecenoic، المرتبطة بالاستجابات الالتهابية. من الجدير بالذكر أن نشاط N-acetyl-glucosaminidase (NAGase)، وهو إنزيم يدل على التهاب الضرع، لوحظ أيضًا أنه أعلى في أرباع CM، مما يشير إلى وجود علاقة بين نشاط الإنزيم وشدة التهاب الضرع.
علاوة على ذلك، كشفت التحليلات أن الحليب من الأرباع المصابة (عدوى داخل الثدي (IMI)، التهاب الضرع تحت السريري (SCM)، وCM) أظهر ملفات ميتابولومية مميزة، مع ارتباط مستقلبات مثل الأوروتات، ثنائي ميثيل أمين، وN-acetyl-glycine بالنشاط الميكروبي والعدوى. كما لاحظت الدراسة انخفاضًا تدريجيًا في تركيزات الجلوكوز والريبوز في الحليب من الأبقار المصابة بـ CM، مما قد يعكس زيادة في الأيض الطاقي بسبب استجابة الجهاز المناعي للمضيف والنشاط الميكروبي. تشير النتائج إلى أن التغيرات الأيضية في الحليب خلال التهاب الضرع تعكس كل من العمليات الالتهابية والتفاعلات الميكروبية، مع آثار محتملة لفهم صحة الضرع وتطوير استراتيجيات الإدارة في تربية الألبان.
القيود
يسلط قسم القيود الضوء على عدة جوانب حاسمة من الدراسة بشأن تقييم الميتابولوم الحليبي فيما يتعلق بحالات صحة الضرع، بما في ذلك الصحية (H)، العدوى داخل الثدي (IMI)، التهاب الضرع تحت السريري (SCM)، والتهاب الضرع السريري (CM). بينما تضع الدراسة بشكل فعال سياق دور الكربوهيدرات، الدهون، والأحماض الأمينية في الاستجابات الالتهابية والمناعية، إلا أنها لا تميز بين حالات الصحة فيما يتعلق بالعوامل المسببة المحددة، مما قد يحد من فهم التأثيرات الميتابولومية الخاصة بالعوامل المسببة. هذا النهج العام، على الرغم من كونه يعكس ظروف الحقل، يتطلب مزيدًا من البحث لتوضيح العلاقة بين العوامل المسببة المحددة والميتابولوم الحليبي.
بالإضافة إلى ذلك، يقدم تصميم الدراسة العرضي قيودًا، حيث إنه لا يلتقط تقدم التهاب الضرع بعد التجربة، مما يتسبب في إغفال رؤى محتملة حول ديناميات صحة الضرع مع مرور الوقت. من الجدير بالذكر أن هذا البحث رائد في تقييم التهابات الضرع دون ارتفاع أعداد الخلايا الجسدية (SCC)، مما قد يوفر أساسًا للبحوث المستقبلية حول فعالية العلاج وآثار التغيرات الميتابولومية في حالات صحة الضرع المختلفة. بشكل عام، تؤكد هذه القيود على الحاجة إلى مزيد من الدراسات المستهدفة لتعزيز فهم التهاب الضرع وآثاره الأيضية.
DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2025-27842
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41724474
Publication Date: 2026-02-21
Author(s): Anastasia Lisuzzo et al.
Primary Topic: Milk Quality and Mastitis in Dairy Cows
Overview
This study investigates the milk metabolomic profiles associated with intramammary infection, subclinical mastitis, and clinical mastitis in dairy cows, addressing a gap in knowledge regarding the metabolomic changes linked to these conditions. A total of 80 quarter-milk samples from multiparous Holstein-Friesian cows were categorized into four groups: healthy (H), intramammary infection (IMI), subclinical mastitis (SCM), and clinical mastitis (CM). Statistical analysis using a linear mixed model revealed 45 metabolites, with 34 showing significant differences across groups. Notably, 18 metabolites exhibited a progressive change from the healthy to the clinical mastitis stage, while 12 metabolites were uniquely altered in the clinical mastitis group.
The findings indicate that metabolomic alterations in milk commence even when somatic cell counts are within normal limits, suggesting that the onset of infection triggers changes related to inflammation, oxidative stress, and metabolic disturbances. Specifically, the study highlights increased inflammatory markers, blood-milk barrier damage, and impaired energy metabolism, particularly in clinical mastitis, where disruptions in the tricarboxylic acid (TCA) cycle and lipid metabolism were observed. The results underscore the potential of milk metabolomics as a diagnostic tool for assessing udder health and suggest that further research comparing blood and milk metabolomic profiles could enhance understanding of animal health status.
Introduction
Mastitis, an inflammation and infection of the mammary gland primarily caused by bacteria, poses significant challenges in dairy farming, impacting animal health, milk production, and treatment costs. It affects a substantial portion of dairy herds, with prevalence rates ranging from 25% to 60%. The infection typically enters through the teat duct, triggering immune responses that elevate somatic cell counts (SCC) in milk, which are commonly used for diagnosis. A threshold of 200,000 cells/mL is indicative of infection, although bacteriological analysis remains the gold standard for diagnosis despite its time-consuming nature. Mastitis can be classified as clinical or subclinical, with varying degrees of severity based on clinical signs and SCC levels.
The study focuses on the metabolomic profile of milk from dairy cows with intramammary infections, subclinical mastitis, and clinical mastitis. It posits that these conditions lead to distinct alterations in the milk metabolome, which could enhance understanding of mastitis’s impact on milk quality. While previous research has explored milk metabolomics, there remains a gap in knowledge regarding the specific mechanisms by which intramammary infections influence milk metabolites. This investigation aims to fill that gap by analyzing the quarter-milk metabolomic profiles associated with different mastitis conditions.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology encompasses the techniques for data collection and analysis, including statistical methods applied to interpret the results.
Additionally, the section may describe the experimental setup, including control and treatment groups, as well as any relevant protocols followed to ensure the integrity and validity of the findings. Overall, this section serves as a comprehensive guide to the experimental framework that underpins the research conclusions.
Results
The results of the study on cow mastitis revealed significant differences in somatic cell count (SCC) among the groups categorized as intramammary infection (IMI), subclinical mastitis (SCM), clinical mastitis (CM), and healthy (H). Bacteriological analyses confirmed positive cultures for IMI, SCM, and CM groups, while the H group showed negative results. The IMI group exhibited a balanced distribution of monoinfection and coinfection (50% each), whereas the SCM and CM groups had higher proportions of monoinfection (65% and 75%, respectively). Clinical signs of mastitis included abnormal milk characteristics and udder swelling.
Metabolomic analysis identified 45 metabolites, with significant clustering observed through sparse Partial Least Squares Discriminant Analysis (sPLS-DA). The CM group was distinctly separated from the other groups, while the SCM group showed partial separation from the IMI group. Pathway analysis indicated significant alterations in metabolic pathways, including glycine, serine, and threonine metabolism, glycerophospholipid metabolism, and the citrate cycle, particularly in subclusters associated with lower metabolite concentrations in the CM group. A total of 34 metabolites demonstrated significant differences across groups, with notable changes from healthy to CM states. The study highlights the metabolic shifts associated with mastitis, providing insights into potential biomarkers for disease diagnosis and management.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the metabolic alterations in milk associated with mastitis in dairy cows, emphasizing the relationship between inflammatory conditions and milk composition. The study found a significant decrease in lactose concentration in milk from cows with clinical mastitis (CM) compared to healthy (H) cows, indicating damage to the blood-milk barrier due to inflammation. This was corroborated by the increased levels of metabolites such as N-acetyl-glucosamine and 5-dodecenoic acid, which are associated with inflammatory responses. Notably, the activity of N-acetyl-glucosaminidase (NAGase), an enzyme indicative of udder inflammation, was also observed to be higher in CM quarters, suggesting a correlation between enzyme activity and mastitis severity.
Furthermore, the analysis revealed that milk from infected quarters (intramammary infection (IMI), subclinical mastitis (SCM), and CM) exhibited distinct metabolomic profiles, with metabolites like orotate, dimethylamine, and N-acetyl-glycine being linked to microbial activity and infection. The study also noted a progressive decrease in glucose and ribose concentrations in milk from CM cows, which may reflect increased energy metabolism due to the host’s immune response and microbial activity. The findings suggest that the metabolic changes in milk during mastitis are indicative of both inflammatory processes and microbial interactions, with potential implications for understanding udder health and developing management strategies in dairy farming.
Limitations
The section on limitations highlights several critical aspects of the study regarding the evaluation of the milk metabolome in relation to udder health statuses, including healthy (H), intramammary infection (IMI), subclinical mastitis (SCM), and clinical mastitis (CM). While the study effectively contextualizes the role of carbohydrates, fats, and amino acids in inflammatory and immune responses, it does not differentiate the health statuses concerning specific etiological pathogens, which could limit the understanding of pathogen-specific metabolomic influences. This broad approach, while reflective of field conditions, necessitates further research to elucidate the relationship between specific pathogens and the milk metabolome.
Additionally, the study’s cross-sectional design presents limitations, as it does not capture the progression of mastitis post-trial, thereby omitting potential insights into the dynamics of udder health over time. Notably, this research is pioneering in assessing udder infections without elevated somatic cell counts (SCC), which may provide a foundation for future investigations into therapeutic efficacy and the implications of metabolomic changes in various udder health states. Overall, these limitations underscore the need for more targeted studies to enhance the understanding of mastitis and its metabolic implications.