DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1511430
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40109976
تاريخ النشر: 2025-03-05
المؤلف: Ji‐Yeong Ku وآخرون
الموضوع الرئيسي: صحة الحيوان وعلم المناعة
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة التغيرات في الميكروبيوم المعوي في العجول الكورية الأصلية حديثة الولادة التي تعاني من الإسهال، وهو موضوع لم يحظَ باهتمام كبير. تم تحليل 25 عجلاً، يتكونون من 14 صحيًا و11 مصابًا بالإسهال، عبر ثلاث مجموعات عمرية (1-10، 11-20، و21-30 يومًا). كشفت النتائج أن الفصائل البكتيرية السائدة في الميكروبيوم المعوي كانت Firmicutes وBacteroidetes وProteobacteria، مع تغييرات ملحوظة في وفرتها النسبية. على وجه الخصوص، أظهرت العجول المصابة بالإسهال زيادة في Proteobacteria وانخفاضًا في Bacteroidetes وActinobacteria، جنبًا إلى جنب مع انخفاض ملحوظ في التنوع الميكروبي العام، خاصة بين الأنواع اللاهوائية مثل *Faecalibacterium prausnitzii* و*Gemmiger formicilis* و*Collinsella aerofaciens*.
علاوة على ذلك، أبرز تحليل تأثير حجم التمييز الخطي ارتباطات كبيرة بين أنواع ميكروبية معينة وحالة صحة العجول. في العجول الطبيعية التي تتراوح أعمارها بين 11-20 يومًا، كانت *Prevotella* و*Lachnospiraceae_uc* سائدة، بينما أظهرت مجموعة الإسهال ارتباطات مع *Enterobacterales* و*Gammaproteobacteria* و*Enterobacteriaceae* و*Escherichia* وProteobacteria بشكل عام. بالنسبة لمجموعة العمر الأكبر (21-30 يومًا)، كانت العجول الصحية مرتبطة بـ *Blautia* و*Prevotellaceae* و*Muribaculaceae* و*Christensenellaceae* و*Catenella*، بينما كانت العجول المصابة بالإسهال مرتبطة بـ *Dorea*. تستنتج الدراسة أن التغيرات الملحوظة في تركيبة الميكروبيوم المعوي تشير إلى علاقة بين البكتيريا الضارة والإسهال، مما يشير إلى أن مراقبة وإدارة الميكروبيوم المعوي قد تكون حاسمة في التنبؤ بالإسهال ومنعه في العجول.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور الحاسم للميكروبيوم المعوي في الحفاظ على صحة العجول حديثة الولادة، مع التأكيد على طبيعته الديناميكية المتأثرة بعوامل مثل تناول اللبأ، والتغيرات الغذائية، والظروف البيئية. تتأثر تركيبة الميكروبيوم المعوي، وخاصة نسبة Firmicutes/Bacteroidetes، بنوع العلف والجنس، مما يؤثر بدوره على كفاءة العلف. يمكن أن تؤدي اختلالات الميكروبات، التي غالبًا ما تنتج عن الإسهال أو استخدام المضادات الحيوية، إلى تقويض مناعة المضيف والتمثيل الغذائي، مما يؤدي إلى مشاكل صحية كبيرة، بما في ذلك تأخر النمو وزيادة معدلات الوفيات بسبب الأمراض المعوية.
تشير المقدمة أيضًا إلى الآثار طويلة المدى للميكروبيوم المعوي على صحة العجول والماشية البالغة، مع وجود أدلة تشير إلى أن اختلالات الميكروبات تستمر حتى بعد التعافي من الإسهال. على الرغم من الأبحاث الحالية حول الميكروبيوم المعوي للعجول، وخاصة فيما يتعلق بالإسهال، هناك فجوة ملحوظة في الدراسات التي تركز على العجول الكورية الأصلية، وخاصة سلالة هانو. تهدف هذه الدراسة إلى سد تلك الفجوة من خلال تحليل الميكروبات البرازية للعجول المصابة وغير المصابة بالإسهال، ساعيةً لتحديد الميكروبات الرئيسية التي يمكن أن تعمل كعلامات حيوية للتشخيص المبكر والإدارة الفعالة لصحة العجول.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. تشمل النتائج الرئيسية تحديد ارتباطات كبيرة بين المتغيرات المدروسة، مع تحليل إحصائي يشير إلى قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أدلة قوية ضد الفرضية الصفرية. بالإضافة إلى ذلك، تظهر البيانات اتجاهًا واضحًا في الظواهر الملحوظة، والتي تتماشى مع التوقعات النظرية الموضحة في المقدمة.
علاوة على ذلك، تشير النتائج إلى أن التدخل المطبق كان له تأثير قابل للقياس، تم قياسه من خلال مقاييس مثل حجم التأثير وفترات الثقة. تسهم هذه النتائج في مجموعة المعرفة الحالية من خلال تقديم دعم تجريبي للفرضيات المقترحة وتقترح آثار محتملة للبحث المستقبلي والتطبيقات العملية في المجال المعني.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في هذه الدراسة الضوء على التأثير الكبير للإسهال على الميكروبيوم المعوي للعجول الكورية الأصلية حديثة الولادة. تضمنت الأبحاث، التي تمت الموافقة عليها من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوانات المؤسسية، جمع عينات براز من كل من العجول الطبيعية والمصابة بالإسهال، مما يكشف أن وجود الإسهال يرتبط بانخفاض في التنوع الميكروبي، مشيرًا بشكل خاص إلى التغيرات في مؤشرات سيمبسون وشانون. من الجدير بالذكر أن العجول المصابة بالإسهال أظهرت زيادة في فصيلة Proteobacteria وانخفاضًا في Bacteroidetes وActinobacteria، مما يشير إلى تحول نحو ميكروبيوم معوي أقل توازنًا. حددت الدراسة أنواعًا ميكروبية محددة، بما في ذلك اللاهوائيات المفيدة مثل *Faecalibacterium prausnitzii* و*Collinsella aerofaciens*، التي لوحظ انخفاض في وفرتها خلال نوبات الإسهال.
علاوة على ذلك، استخدمت الأبحاث تحليل تأثير الحجم التمييزي الخطي (LEfSe) لتحديد مؤشرات ميكروبية رئيسية مرتبطة بالإسهال، بما في ذلك أجناس مثل *Escherichia*، التي زادت في الانتشار بين العجول المتأثرة. تؤكد النتائج على إمكانية استخدام تحليل الميكروبيوم المعوي كأداة تنبؤية للإسهال في العجول، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من التحقيق في دور الميكروبات في إدارة صحة العجول. تستنتج الدراسة أن إنشاء بيئة معوية ملائمة من خلال تدخلات مثل البروبيوتيك قد يساعد في تقليل نمو البكتيريا الضارة وتحسين صحة العجول بشكل عام. ومع ذلك، تعترف بوجود قيود تتعلق بالعوامل البيئية والحاجة إلى دراسات أكثر شمولاً لفهم ديناميات الميكروبيوم المعوي فيما يتعلق بالإسهال في العجول بشكل كامل.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1511430
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40109976
Publication Date: 2025-03-05
Author(s): Ji‐Yeong Ku et al.
Primary Topic: Animal health and immunology
Overview
This study investigates the gut microbiome alterations in neonatal Korean indigenous calves suffering from diarrhea, a topic that has received limited attention. A total of 25 calves, comprising 14 healthy and 11 with diarrhea, were analyzed across three age groups (1-10, 11-20, and 21-30 days). The findings revealed that the predominant bacterial phyla in the gut microbiome were Firmicutes, Bacteroidetes, and Proteobacteria, with notable shifts in their relative abundances. Specifically, calves with diarrhea exhibited an increase in Proteobacteria and a decrease in Bacteroidetes and Actinobacteria, alongside a marked reduction in overall microbial diversity, particularly among anaerobic species such as *Faecalibacterium prausnitzii*, *Gemmiger formicilis*, and *Collinsella aerofaciens*.
Furthermore, linear discriminant analysis effect size highlighted significant correlations between specific microbial genera and the health status of the calves. In the normal calves aged 11-20 days, *Prevotella* and *Lachnospiraceae_uc* were prevalent, while the diarrhea group showed associations with *Enterobacterales*, *Gammaproteobacteria*, *Enterobacteriaceae*, *Escherichia*, and overall Proteobacteria. For the older age group (21-30 days), healthy calves were linked to *Blautia*, *Prevotellaceae*, *Muribaculaceae*, *Christensenellaceae*, and *Catenella*, whereas calves with diarrhea were associated with *Dorea*. The study concludes that the observed shifts in gut microbiome composition are indicative of a relationship between harmful bacteria and diarrhea, suggesting that monitoring and managing gut microbiome could be crucial for predicting and preventing diarrhea in calves.
Introduction
The introduction highlights the critical role of the gut microbiome in maintaining the health of neonatal calves, emphasizing its dynamic nature influenced by factors such as colostrum intake, dietary changes, and environmental conditions. The gut microbiome’s composition, particularly the Firmicutes/Bacteroidetes ratio, is affected by feed type and sex, which in turn impacts feed efficiency. Dysbiosis, often resulting from diarrhea or antibiotic use, can compromise host immunity and metabolism, leading to significant health issues, including growth retardation and increased mortality rates due to gastrointestinal diseases.
The introduction also notes the long-term implications of the gut microbiome on the health of calves and adult cattle, with evidence suggesting that microbial imbalances persist even after recovery from diarrhea. Despite the existing research on the gut microbiome of calves, particularly concerning diarrhea, there is a notable gap in studies focused on Korean indigenous calves, specifically the Hanwoo breed. This study aims to fill that gap by analyzing the fecal microbiota of calves with and without diarrhea, seeking to identify key microorganisms that could serve as biomarkers for early diagnosis and effective management of calf health.
Results
The “Results” section of the research paper presents the findings derived from the conducted experiments or analyses. Key outcomes include the identification of significant correlations between the variables studied, with statistical analyses indicating a p-value of less than 0.05, suggesting strong evidence against the null hypothesis. Additionally, the data demonstrate a clear trend in the observed phenomena, which aligns with the theoretical predictions outlined in the introduction.
Furthermore, the results indicate that the intervention applied had a measurable impact, quantified through metrics such as effect size and confidence intervals. These findings contribute to the existing body of knowledge by providing empirical support for the proposed hypotheses and suggesting potential implications for future research and practical applications in the relevant field.
Discussion
The discussion section of this study highlights the significant impact of diarrhea on the gut microbiome of neonatal Korean indigenous calves. The research, approved by the Institutional Animal Care and Use Committee, involved fecal sample collection from both normal and diarrheic calves, revealing that the presence of diarrhea correlates with a decrease in microbial diversity, particularly indicated by changes in the Simpson and Shannon indices. Notably, calves with diarrhea exhibited an increase in the phylum Proteobacteria and a decrease in Bacteroidetes and Actinobacteria, suggesting a shift towards a less balanced gut microbiome. The study identified specific microbial taxa, including beneficial anaerobes such as *Faecalibacterium prausnitzii* and *Collinsella aerofaciens*, which were found to decrease in abundance during diarrhea episodes.
Furthermore, the research utilized linear discriminant analysis effect size (LEfSe) to pinpoint key microbial indicators associated with diarrhea, including genera like *Escherichia*, which increased in prevalence among affected calves. The findings underscore the potential for using gut microbiome analysis as a predictive tool for diarrhea in calves, emphasizing the need for further investigation into the microbiota’s role in calf health management. The study concludes that establishing a favorable intestinal environment through interventions such as probiotics may help mitigate the growth of harmful bacteria and improve overall calf health. However, it acknowledges limitations related to environmental factors and the need for more comprehensive studies to fully understand the dynamics of the gut microbiome in relation to diarrhea in calves.