DOI: https://doi.org/10.1186/s13104-025-07110-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39849534
تاريخ النشر: 2025-01-23
المؤلف: Yijun Shi وآخرون
الموضوع الرئيسي: البحث الطبي البيطري في الخيول
نظرة عامة
في هذه الدراسة، قام المؤلفون بالتحقيق في الفروقات في تجمعات الميكروبات البرازية بين المهور الذين يعانون من الإسهال المسبب للأمراض وغير المسبب للأمراض. كانت الفرضية تفترض أن هذه التجمعات الميكروبية ستظهر اختلافات كبيرة بناءً على نوع الإسهال. لاختبار هذه الفرضية، تم جمع عينات براز من المهور المتأثرة وتحليلها للبحث عن مسببات الإسهال الشائعة في الخيول في مختبر تشخيصي.
علاوة على ذلك، تم استخراج الحمض النووي الميكروبي من العينات، تلاها تضخيم PCR لمنطقة V4 من جينات 16S rRNA البكتيرية. خضعت الأمبليكون الناتجة للتسلسل من الجيل التالي لتوصيف التركيبات البكتيرية الموجودة في كل عينة. كانت هذه التحليل الشامل تهدف إلى تحديد تجمعات ميكروبية محددة مرتبطة بالأسباب المختلفة للإسهال في المهور، مما يساهم في فهم الاختلال الميكروبي في صحة الجهاز الهضمي للخيول.
مقدمة
الإسهال هو حالة شائعة في المهور، تؤثر على حوالي 50% من حديثي الولادة من الولادة حتى الفطام. نظرًا للمضاعفات المحتملة التي يمكن أن تنشأ من الإسهال، فإن التقييم الفوري والتدخل البيطري ضروريان لحماية رفاهية المهور المتأثرة. يظهر الميكروبيوم المعوي في الخيول، بما في ذلك المهور، تباينًا كبيرًا، والذي يرتبط بأشكال الإسهال المسبب للأمراض وغير المسبب للأمراض. وهذا يبرز أهمية فهم التجمعات الميكروبية في إدارة وعلاج الإسهال في الخيول حديثة الولادة.
الطرق
يستعرض قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، معدات، وعينات بيولوجية، مما يضمن إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجية التقنيات المطبقة لجمع البيانات وتحليلها، بما في ذلك الأساليب الإحصائية وأي أدوات حسابية مستخدمة.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم إعداد التجربة، بما في ذلك ظروف التحكم والمتغيرات التي تم التلاعب بها خلال الدراسة. من الضروري إثبات صحة النتائج ويسمح بالتقييم النقدي من قبل الأقران. بشكل عام، يعمل هذا القسم كأساس لفهم كيفية إجراء البحث ويدعم موثوقية النتائج المقدمة في الأقسام اللاحقة.
النتائج
كشفت نتائج الدراسة عن اختلافات كبيرة في التركيب الميكروبي بين عينات البراز المسببة للأمراض وغير المسببة للأمراض من المهور. من بين 19 عينة براز، كانت 10 سلبية لمسببات الأمراض، بينما أظهرت 9 تضخيمًا إيجابيًا لمسببات السموم Clostridium perfringens و/أو Clostridioides difficile. أشار تحليل متغيرات تسلسل الأمبليكون (ASVs) إلى متوسط 8,062 ± 2,266 ASVs، مع ظهور عينات غير مسببة للأمراض بتنوع ألفا أعلى بشكل ملحوظ عبر جميع المؤشرات مقارنة بالعينات المسببة للأمراض. من الجدير بالذكر أن الإسهال بدا أنه يقلل من ارتباطات التنوع المرتبطة بالعمر، لا سيما في العينات المسببة للأمراض. أظهر تحليل الإحداثيات الرئيسية أن العينات غير المسببة للأمراض تجمعت بشكل وثيق، بينما كانت العينات المسببة للأمراض أكثر تشتتًا.
على مستوى الفيلوم، كانت Firmicutes الأكثر وفرة، حيث شكلت 47.47% من التجمعات المسببة للأمراض و54.98% من التجمعات غير المسببة للأمراض، تليها Bacteroidota وProteobacteria. بينما لم تُلاحظ اختلافات كبيرة على مستوى الفيلوم، أظهرت ثماني عائلات وأحد عشر جنسًا اختلافات ملحوظة في الوفرة النسبية بين المجموعتين. كانت عائلات مثل Barnesiellaceae وChristensenellaceae أكثر وفرة في العينات غير المسببة للأمراض، بينما كانت Clostridiaceae وEnterobacteriaceae أكثر انتشارًا في العينات المسببة للأمراض. كانت أجناس مثل Barnesiella وBlautia مرتبطة بالعينات غير المسببة للأمراض، بينما كانت Clostridium sensu stricto 1 أكثر وفرة في العينات المسببة للأمراض. تم دعم هذه النتائج بشكل أكبر من خلال تحليل شجرة الحرارة وتحليل حجم تأثير تحليل التمييز الخطي (LEfSe)، الذي أبرز الملفات الميكروبية المميزة المرتبطة بكل نوع عينة.
المناقشة
في هذه الدراسة، قام المؤلفون بالتحقيق في الفروقات في تجمعات الميكروبات البرازية بين المهور الذين يعانون من الإسهال المسبب للأمراض وغير المسبب للأمراض. كانت البحث، الذي وافق عليه لجنة رعاية واستخدام الحيوانات في جامعة UC Davis، يتضمن جمع عينات براز من 19 مهرًا وإجراء اختبارات تشخيصية باستخدام لوحة PCR شاملة في الوقت الحقيقي. دعمت النتائج الفرضية القائلة بأن المهور التي تعاني من الإسهال المسبب للأمراض أظهرت تنوع ألفا أقل في مجتمعاتها الميكروبية مقارنة بتلك التي تعاني من الإسهال غير المسبب للأمراض. من الجدير بالذكر أن ثماني عائلات ميكروبية أظهرت اختلافات كبيرة في الوفرة، مع كون عائلة Enterobacteriaceae هي السائدة في العينات المسببة للأمراض، مما يشير إلى ارتباط محتمل بالتهاب القولون الخيلي والاختلال الميكروبي.
كشفت التحليلات الإضافية أن أجناسًا معينة، مثل Barnesiella، التي قد تثبط نمو مسببات الأمراض، كانت أكثر وفرة في العينات غير المسببة للأمراض، بينما كانت أجناس مثل Clostridium sensu stricto وTerrisporobacter أكثر انتشارًا في الحالات المسببة للأمراض. سلطت الدراسة الضوء على تعقيد الميكروبيوم المعوي في المهور واقترحت أن وجود بعض مسببات الأمراض، مثل Clostridioides difficile وClostridium perfringens، يمكن أن يؤثر بشكل كبير على صحة الجهاز الهضمي. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية التنوع الميكروبي في سياق الإسهال في المهور وتقترح أن العدوى المسببة للأمراض قد تؤدي إلى اختلال ميكروبي، مما يزيد من اضطرابات الجهاز الهضمي.
القيود
تقدم الدراسة عدة قيود قد تؤثر على قوة نتائجها. أولاً، قيد حجم العينة الصغير القدرات التشخيصية، مما كشف عن نتائج إيجابية لمسببين رئيسيين فقط، Clostridioides difficile وClostridium perfringens، بينما لم يتم تضمين أسباب مرضية محتملة أخرى في لوحة qPCR التشخيصية. بالإضافة إلى ذلك، فإن الإخراج المتقطع لبعض مسببات الأمراض، مثل أنواع السالمونيلا، يعني أن غيابها في العينات المختبرة لا يستبعد بشكل قاطع وجودها، حيث لم يتم إجراء اختبارات متكررة.
علاوة على ذلك، فإن غياب عينات “لا إسهال” أو عينات تحكم صحية من الخيول يقيّد القدرة على تقييم التجمعات الميكروبية عبر حالات صحية مختلفة. أخيرًا، تقترح الدراسة أن تحديد أسباب الإسهالات المسببة للأمراض بدقة قد يتطلب تقدمًا في تكنولوجيا التسلسل من الجيل التالي، وبشكل خاص تحسين الدقة أو تسلسل النسخ الميكروبي، لتعزيز اكتشاف مسببات الأمراض في حالات الإسهال.
DOI: https://doi.org/10.1186/s13104-025-07110-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39849534
Publication Date: 2025-01-23
Author(s): Yijun Shi et al.
Primary Topic: Veterinary Equine Medical Research
Overview
In this study, the authors investigated the differences in fecal microbial populations between foals suffering from pathogenic and non-pathogenic diarrhea. The hypothesis posited that these microbial populations would exhibit significant variation based on the type of diarrhea. To test this hypothesis, fecal samples were collected from affected foals and analyzed for common equine diarrhea pathogens at a diagnostic laboratory.
Furthermore, microbial DNA was extracted from the samples, followed by PCR amplification of the V4 region of bacterial 16S rRNA genes. The resulting amplicons underwent next-generation sequencing to characterize the bacterial compositions present in each sample. This comprehensive analysis aimed to identify specific microbial populations associated with the differing etiologies of diarrhea in foals, contributing to the understanding of dysbiosis in equine gastrointestinal health.
Introduction
Diarrhea is a common condition in foals, affecting approximately 50% of neonates from birth to weaning. Due to the potential complications that can arise from diarrhea, immediate evaluation and veterinary intervention are essential to safeguard the welfare of affected foals. The gastrointestinal microbiota in horses, including foals, exhibits considerable variability, which is linked to both pathogenic and non-pathogenic forms of diarrhea. This underscores the importance of understanding microbial populations in managing and treating diarrhea in neonatal horses.
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 applied for data collection and analysis, including statistical methods and any computational tools utilized.
Additionally, the section may describe the experimental setup, including control conditions and variables manipulated during the study. It is crucial for establishing the validity of the findings and allows for critical evaluation by peers. Overall, this section serves as a foundation for understanding how the research was conducted and supports the reliability of the results presented in subsequent sections.
Results
The results of the study revealed significant differences in microbial composition between pathogenic and non-pathogenic fecal samples from foals. Out of 19 fecal samples, 10 tested negative for pathogens, while 9 showed positive amplification for Clostridium perfringens and/or Clostridioides difficile toxins. The analysis of amplicon sequence variants (ASVs) indicated a mean of 8,062 ± 2,266 ASVs, with non-pathogenic samples exhibiting significantly higher alpha diversity across all indices compared to pathogenic samples. Notably, diarrhea appeared to diminish age-related diversity correlations, particularly in pathogenic samples. Principal coordinate analysis demonstrated that non-pathogenic samples clustered closely, whereas pathogenic samples were more dispersed.
At the phylum level, Firmicutes was the most abundant, comprising 47.47% of pathogenic and 54.98% of non-pathogenic populations, followed by Bacteroidota and Proteobacteria. While no significant differences were observed at the phylum level, eight families and eleven genera showed notable variations in relative abundance between the two groups. Families such as Barnesiellaceae and Christensenellaceae were more abundant in non-pathogenic samples, whereas Clostridiaceae and Enterobacteriaceae were more prevalent in pathogenic samples. Genera such as Barnesiella and Blautia were associated with non-pathogenic samples, while Clostridium sensu stricto 1 was more abundant in pathogenic samples. These findings were further supported by heat tree analysis and Linear discriminant analysis effect size (LEfSe) analysis, which highlighted the distinct microbial profiles associated with each sample type.
Discussion
In this study, the authors investigated the differences in fecal microbial populations between foals experiencing pathogenic and non-pathogenic diarrhea. The research, approved by the UC Davis Institutional Animal Care and Use Committee, involved collecting fecal samples from 19 foals and conducting diagnostic testing using a comprehensive real-time PCR panel. The findings supported the hypothesis that foals with pathogenic diarrhea exhibited lower alpha diversity in their microbial communities compared to those with non-pathogenic diarrhea. Notably, eight microbial families showed significant differences in abundance, with the family Enterobacteriaceae being predominant in pathogenic samples, indicating a potential association with equine colitis and dysbiosis.
Further analysis revealed that specific genera, such as Barnesiella, which may inhibit pathogen growth, were more abundant in non-pathogenic samples, while genera like Clostridium sensu stricto and Terrisporobacter were more prevalent in pathogenic cases. The study highlighted the complexity of the gut microbiota in foals and suggested that the presence of certain pathogens, such as Clostridioides difficile and Clostridium perfringens, could significantly influence gastrointestinal health. Overall, the results underscore the importance of microbial diversity in the context of diarrhea in foals and suggest that pathogenic infections may lead to dysbiosis, exacerbating gastrointestinal disturbances.
Limitations
The study presents several limitations that may affect the robustness of its findings. Firstly, the small sample size limited the diagnostic capabilities, revealing positive results for only two primary pathogens, Clostridioides difficile and Clostridium perfringens, while other potential pathogenic etiologies were not included in the diagnostic qPCR panel. Additionally, the intermittent shedding of certain pathogens, such as Salmonella species, means their absence in the tested samples does not definitively rule out their presence, as repeat testing was not conducted.
Moreover, the absence of “no diarrhea” or healthy control samples from the horses restricts the ability to assess the microbial populations across different health states. Finally, the study suggests that accurately determining the causes of pathogenic diarrheas may necessitate advancements in next-generation sequencing technology, specifically improved resolution or microbial transcript sequencing, to enhance pathogen detection in cases of diarrhea.