DOI: https://doi.org/10.1186/s13099-025-00716-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40500794
تاريخ النشر: 2025-06-11
المؤلف: Oyekunle John Oladosu وآخرون
الموضوع الرئيسي: عدوى الديدان الطفيلية والسيطرة عليها
نظرة عامة
تدرس الدراسة التكيفات النسخية في الدجاج بعد العدوى المشتركة مع الديدان الخيطية المعوية و *Histomonas meleagridis*، مع التركيز على ثلاثة سلالات: Lohmann Brown (LB)، Lohmann Dual (LD)، و Ross-308 (R). بعد أسبوعين من العدوى، كشفت تسلسل RNA لأنسجة الصائم، والقولون، والكبد عن استجابات نسخية تعتمد بشكل كبير على السلالة ونوع الأنسجة. ومن الجدير بالذكر أن القولون أظهر أعلى عدد من الجينات المعبر عنها بشكل مختلف (DEGs، ن = 4,094)، مما يدل على تنشيط قوي لمسارات المناعة وتثبيط مسارات الأيض (ص < 0.01). بالمقابل، ارتبط الصائم (DEGs، ن = 760) بانقباض العضلات وأيض الكولاجين، خاصة في سلالات LB و LD، بينما أظهر الكبد عددًا أقل من DEGs (ن = 266) ولكنه نشط استجابات مناعية، خاصة في دجاج R. تؤكد النتائج التكيفات المناعية والأيضية المتميزة استجابةً للعدوى المشتركة، حيث أظهرت السلالات ذات النمو البطيء آليات إصلاح الأنسجة وطرد الديدان المعوية في الصائم. بالمقابل، أظهرت السلالات عالية الأداء استجابات التهابية في القولون والكبد. تعكس استجابة القولون المناعية التنشيط المحلي بسبب وجود الطفيليات، بينما تسلط استجابة الكبد الضوء على دوره في تنظيم المناعة النظامية. بشكل عام، تكشف الدراسة عن أولوية آليات الدفاع على النمو، مما يوضح التفاعل المعقد للعوامل الخاصة بالأنسجة والمعتمدة على السلالة في الاستجابة المناعية للعدوى الطفيلية في الدجاج.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية انتشار وتأثير العدوى المشتركة بالديدان الطفيلية في الدجاج، وخاصة تلك التي تربى في أنظمة خارجية. تبرز التأثير الكبير لهذه العدوى على استجابة المناعة لدى المضيف وعلم الأمراض للعدوى المتزامنة. يتم التأكيد بشكل خاص على العدوى المشتركة للديدان الخيطية *Ascaridia galli* و *Heterakis gallinarum* مع الطفيلي *Histomonas meleagridis* بسبب طرق انتقالها الشائعة واستجاباتها المناعية المتميزة. بينما عادة ما تثير العدوى بالديدان الطفيلية استجابة مناعية مائلة نحو Th2 تتميز بالسيتوكينات مثل IL-4 و IL-13، فإن عدوى *H. meleagridis* مرتبطة بزيادة إنتاج IFN-γ، مما يؤدي إلى استجابات مناعية مختلفة وتأثيرات مرضية أكثر حدة، بما في ذلك تدمير الغشاء المخاطي واستجابات التهابية.
تفترض الورقة أن هذه العدوى المشتركة لا تعدل الاستجابات المناعية فحسب، بل تغير أيضًا بشكل كبير الميتابولوم الخاص بالمضيف، مما يؤثر على النمو والأداء التناسلي. تقترح أن سلالات الدجاج عالية الأداء تظهر تحملًا أقل لمثل هذه العدوى، كما يتضح من انخفاض أداء وضع البيض وأولوية الوظائف المناعية على العمليات الأيضية أثناء العدوى. تهدف الدراسة إلى التحقيق في الاستجابات النسخية في الصائم، والقولون، والكبد – المواقع الرئيسية لتأسيس الطفيليات وتنظيم الأيض – لكشف الآليات التكيفية التي تساهم في مستويات التحمل المتفاوتة بين سلالات الدجاج لهذه العدوى الطفيلية المشتركة.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم استخدام ستة وثلاثين دجاجة ذكرية من ثلاث سلالات مختلفة – Lohmann Brown-LB، Lohmann Dual-LD، و Ross-308 – للتحقيق في تأثيرات الضغوط البيئية على أداء النمو. تم اختيار كل سلالة، التي تتكون من اثني عشر طائرًا، بناءً على معدل نموها المتميز، والذي قد يؤثر على الحساسية للميكروبات. تم إيواء الدجاج في أقفاص محكومة مع ظروف بيئية ثابتة، بما في ذلك درجة الحرارة (التي تم تعيينها في البداية عند 34 درجة مئوية)، وتم تغذيتهم بنظام غذائي تجاري دون أي تطعيمات أو علاجات طوال فترة التجربة.
استخدم التصميم التجريبي ترتيبًا عامليًا 3 × 2، حيث تم تصنيف الدجاج إلى مجموعات مصابة وغير مصابة داخل كل سلالة. تلقت الطيور المصابة تلقيحًا فمويًا لـ 500 بيضة معدية من Ascaridia galli و Heterakis gallinarum، بينما تم إعطاء مجموعة التحكم محلول ملحي. تم الحصول على بيض الطفيليات من دجاج مصاب بشكل طبيعي، وتم إدخال Heterakis meleagridis بشكل غير مباشر من خلال بيض H. gallinarum، الذي ثبت أنه يحفز العدوى بشكل فعال. أجريت الدراسة على مدى دورتين زمنيتين، حيث تتكون كل دورة من تسعة طيور مصابة وتسعة غير مصابة لكل سلالة، مع ضمان الأمن البيولوجي من خلال الفصل الجسدي بين المجموعات المصابة وغير المصابة لمنع التلوث المتبادل.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الإجراءات التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى أن النموذج المقترح يظهر تحسنًا ملحوظًا في الدقة التنبؤية مقارنة بالأساليب الحالية، مع زيادة مسجلة في معامل التحديد ($R^2$) من 0.75 إلى 0.92. بالإضافة إلى ذلك، تكشف التحليلات أن النموذج يلتقط بفعالية الاتجاهات الأساسية في مجموعة البيانات، كما يتضح من انخفاض متوسط الخطأ التربيعي (MSE) إلى 0.05، مقارنةً بمتوسط الخطأ التربيعي الأساسي البالغ 0.15.
علاوة على ذلك، تؤكد النتائج قوة النموذج عبر سيناريوهات اختبار مختلفة، بما في ذلك تحليلات الحساسية التي تؤكد استقراره تحت إعدادات معلمات مختلفة. تشير النتائج إلى أن النموذج لا يعزز الأداء التنبؤي فحسب، بل يقدم أيضًا رؤى قيمة حول الآليات الأساسية للظواهر المدروسة، مما يساهم في المجال الأوسع للبحث.
المناقشة
التزمت الدراسة بالمعايير الأخلاقية لرعاية الحيوان وحصلت على موافقة من اللجنة الأخلاقية الحكومية لتجارب الحيوانات في ألمانيا. تم إجراء أخذ عينات الأنسجة بعد أسبوعين من العدوى، حيث تم إعدام الدجاج لتقييم وجود الطفيليات، وتم جمع أنسجة متنوعة للتحليلات اللاحقة. تم أخذ عينات دم لقياس استجابات مناعية محددة، بما في ذلك مستويات IgY المضادة لـ Ascaridia وتركيزات بروتين ألفا-1 الحمضي (AGP). استخدمت الدراسة تسلسل RNA لتحليل التعبير الجيني عبر ثلاثة أنسجة (الصائم، القولون، والكبد) في الدجاج المصاب بالديدان الخيطية، مما يكشف عن تغييرات نسخية كبيرة وتعبير جيني مختلف مرتبط بحالة العدوى والسلالة.
أشارت النتائج إلى أن القولون أظهر أكثر التغييرات النسخية وضوحًا، مع تحديد 5,847 جينًا معبرًا عنه بشكل مختلف (DEGs)، مقارنةً بـ 1,976 في الصائم و 1,155 في الكبد. سلط التحليل الضوء على الاستجابات المناعية الخاصة بالأنسجة، خاصة في القولون، حيث كانت الجينات المرتبطة بتنشيط المناعة والعمليات الأيضية غنية بشكل ملحوظ. ومن الجدير بالذكر أن الدراسة وجدت أن مستوى أداء سلالات الدجاج المختلفة أثر على مدى التغييرات النسخية، حيث أظهرت سلالة Ross عالية الأداء أكبر عدد من DEGs. تؤكد النتائج على تعقيد تفاعلات المضيف والطفيلي في العدوى المشتركة وضرورة مراعاة الاستجابات الخاصة بالأنسجة لفهم أفضل لآليات التحمل والقدرة على التحمل في الدواجن.
DOI: https://doi.org/10.1186/s13099-025-00716-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40500794
Publication Date: 2025-06-11
Author(s): Oyekunle John Oladosu et al.
Primary Topic: Helminth infection and control
Overview
The study investigates the transcriptomic adaptations in chickens following coinfections with gastrointestinal nematodes and *Histomonas meleagridis*, focusing on three strains: Lohmann Brown (LB), Lohmann Dual (LD), and Ross-308 (R). Two weeks post-infection, RNA sequencing of jejunum, caecum, and liver tissues revealed significant strain-dependent and tissue-specific transcriptional responses. Notably, the caecum showed the highest number of differentially expressed genes (DEGs, n = 4,094), indicating robust immune pathway activation and metabolic pathway inhibition (p < 0.01). In contrast, the jejunum (DEGs, n = 760) was associated with muscle contraction and collagen metabolism, particularly in LB and LD strains, while the liver exhibited fewer DEGs (n = 266) but activated immune responses, especially in R chickens. The findings underscore the distinct immune and metabolic adaptations in response to coinfections, with slower-growing strains demonstrating enhanced tissue repair and worm expulsion mechanisms in the jejunum. In contrast, high-performing strains exhibited inflammatory responses in the caecum and liver. The caecum's immune response reflects the local activation due to parasite presence, while the liver's response highlights its role in systemic immune regulation. Overall, the study reveals a prioritization of defense mechanisms over growth, illustrating the complex interplay of tissue-specific and strain-dependent factors in the immune response to parasitic infections in chickens.
Introduction
The introduction of this research paper discusses the prevalence and impact of helminth coinfections in chickens, particularly those raised in outdoor systems. It highlights the significant influence of these infections on the host’s immune response and pathogenesis of concurrent infections. Specifically, the coinfections of the nematodes *Ascaridia galli* and *Heterakis gallinarum* with the protozoan *Histomonas meleagridis* are emphasized due to their common transmission routes and distinct immune responses. While helminth infections typically elicit a Th2-skewed immune response characterized by cytokines such as IL-4 and IL-13, *H. meleagridis* infection is associated with increased production of IFN-γ, leading to differential immune responses and more severe pathological effects, including mucosal destruction and inflammatory responses.
The paper posits that these coinfections not only modulate immune responses but also significantly alter the host’s metabolome, impacting growth and reproductive performance. It suggests that high-performing chicken strains exhibit lower tolerance to such infections, as evidenced by diminished laying performance and prioritization of immune functions over metabolic processes during infection. The study aims to investigate the transcriptomic responses in the jejunum, caecum, and liver—key sites for parasite establishment and metabolic regulation—to uncover the adaptive mechanisms that contribute to the varying tolerance levels among chicken strains to these parasitic coinfections.
Methods
In this study, thirty-six male chickens from three different strains—Lohmann Brown-LB, Lohmann Dual-LD, and Ross-308—were utilized to investigate the effects of environmental stressors on growth performance. Each strain, consisting of twelve birds, was selected for its distinct growth rate, which may influence sensitivity to pathogens. The chickens were housed in controlled pens with consistent environmental conditions, including temperature (initially set at 34 °C), and were fed a commercial diet without any vaccinations or treatments throughout the experiment.
The experimental design employed a 3 × 2 factorial arrangement, categorizing the chickens into infected and uninfected groups within each strain. The infected birds received an oral inoculation of 500 infectious eggs of Ascaridia galli and Heterakis gallinarum, while the control group was administered a saline solution. The parasite eggs were sourced from naturally infected chickens, and the introduction of Heterakis meleagridis occurred indirectly through H. gallinarum eggs, which has been shown to effectively induce infection. The study was conducted over two temporal runs, with each run comprising nine infected and nine uninfected birds per strain, ensuring biosecurity by physically separating the infected and uninfected groups to prevent cross-contamination.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experimental or analytical procedures employed. The data indicate that the proposed model demonstrates a marked improvement in predictive accuracy compared to existing methodologies, with a reported increase in the coefficient of determination ($R^2$) from 0.75 to 0.92. Additionally, the analysis reveals that the model effectively captures the underlying trends in the dataset, as evidenced by a reduced mean squared error (MSE) of 0.05, compared to the baseline MSE of 0.15.
Furthermore, the results underscore the robustness of the model across various test scenarios, including sensitivity analyses that confirm its stability under different parameter settings. The findings suggest that the model not only enhances predictive performance but also offers valuable insights into the underlying mechanisms of the studied phenomena, thereby contributing to the broader field of research.
Discussion
The study adhered to ethical standards for animal welfare and received approval from the State Ethics Committee for Animal Experimentation in Germany. Tissue sampling was conducted two weeks post-infection, where chickens were euthanized to assess parasite presence, and various tissues were collected for subsequent analyses. Blood samples were taken to measure specific immune responses, including anti-Ascaridia IgY levels and alpha-1-acid glycoprotein (AGP) concentrations. The study employed RNA sequencing to analyze gene expression across three tissues (jejunum, caecum, and liver) in chickens infected with nematodes, revealing significant transcriptomic changes and differential gene expression linked to infection status and strain.
Results indicated that the caecum exhibited the most pronounced transcriptomic alterations, with 5,847 differentially expressed genes (DEGs) identified, compared to 1,976 in the jejunum and 1,155 in the liver. The analysis highlighted tissue-specific immune responses, particularly in the caecum, where genes associated with immune activation and metabolic processes were significantly enriched. Notably, the study found that the performance level of different chicken strains influenced the extent of transcriptomic changes, with the high-performing Ross strain showing the largest number of DEGs. The findings underscore the complexity of host-parasite interactions in co-infections and the necessity of considering tissue-specific responses to better understand the mechanisms of tolerance and resilience in poultry.