DOI: https://doi.org/10.1186/s40104-025-01322-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41547922
تاريخ النشر: 2026-01-18
المؤلف: Yan Chen وآخرون
الموضوع الرئيسي: البكتريوفاجات والتفاعلات الميكروبية
نظرة عامة
تدرس الدراسة عزل وتطبيق البكتريوفاجات المستهدفة للإشريكية القولونية المعوية السمية (ETEC) K88، وهي سبب رئيسي للإسهال بعد الفطام (PWD) في الخنازير الصغيرة. تم عزل ثلاثة فاجات محددة (EC-P1 و EC-P2 و EC-P3) بنجاح وتم تصنيفها كفاجات ذات ذيول مع استقرار وفعالية ملائمة في تثبيط نمو ETEC K88 وتكوين الأغشية الحيوية في المختبر. أظهرت دراسة تجريبية تتضمن إضافة مسحوق الفاج المجفف بالتجميد بجرعات 400 و600 و800 ملغ/كغ أن الخنازير الصغيرة التي تلقت 600 أو 800 ملغ/كغ أظهرت درجات إسهال ودرجات حرارة مستقيم أقل بشكل ملحوظ بعد الإصابة مقارنة بمجموعة التحكم.
تشير النتائج إلى أن الإضافة بجرعة 600 ملغ/كغ من الفاجات لم تحسن فقط سلامة الأمعاء – كما يتضح من زيادة ارتفاع زغابات الأمعاء الدقيقة وزيادة نسبة ارتفاع الزغابات إلى عمق الكريبت – ولكنها أيضًا خفضت علامات الالتهاب في المصل وعدلت تكوين ميكروبيوتا الأمعاء. على وجه التحديد، كان هناك انخفاض في تجمعات البكتيريا الضارة (Proteobacteria و Enterobacteriaceae) وزيادة في الأنواع المفيدة (Patescibacteria و Muribaculaceae و Subdoligranulum). تستنتج الدراسة أن إضافة الفاجات الغذائية هي استراتيجية واعدة للتخفيف من PWD المرتبط بـ ETEC K88 في الخنازير الصغيرة بعد الفطام، خاصة في سياق تقليل استخدام المضادات الحيوية.
مقدمة
**مقدمة**
يشكل الإسهال بعد الفطام (PWD) تحديًا كبيرًا في إنتاج الخنازير، حيث يؤثر بشكل خاص على الخنازير الصغيرة خلال الأسبوعين الأولين بعد الفطام، مما يؤدي إلى معدلات وفيات مرتفعة وخسائر اقتصادية. العامل المسبب الرئيسي المرتبط بـ PWD هو الإشريكية القولونية المعوية السمية (ETEC) K88 (F4). بينما تم استخدام المضادات الحيوية في العلف بشكل شائع للتخفيف من PWD وتحسين أداء النمو، فقد تم تقييد استخدامها في عدة دول بسبب المخاوف المتعلقة بمقاومة المضادات الحيوية واكتشاف المتبقيات. وبالتالي، هناك حاجة ملحة لاستراتيجيات بديلة لمكافحة الأمراض.
تُعتبر البكتريوفاجات، التي تم التعرف عليها لخصائصها المضادة للميكروبات منذ أوائل القرن العشرين، تحظى باهتمام متجدد كعوامل علاجية محتملة ضد العدوى البكتيرية، خاصة في ضوء زيادة مقاومة المضادات الحيوية. تقدم الفاجات عدة مزايا مقارنة بالمضادات الحيوية التقليدية، بما في ذلك الفعالية المستهدفة والقدرة على التكاثر ضد مسببات الأمراض بتركيزات منخفضة، مع تقليل خطر تطوير سلالات مقاومة للمضادات الحيوية وتعطيل التوازن الميكروبي. أظهرت الدراسات السابقة أن كوكتيلات الفاجات يمكن أن تعزز أداء النمو في الخنازير الصغيرة حديثة الفطام من خلال تعديل الالتهاب المعوي وتحسين صحة الميكروبيوم المعوي. تهدف هذه الدراسة إلى عزل فاجات محددة لـ ETEC K88 وتقييم فعاليتها كمكمل غذائي في الخنازير الصغيرة خلال الفترة الحرجة بعد الفطام، باستخدام نموذج تحدي ETEC K88 لتقييم قدرتها على التحكم في PWD.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم استخدام 30 خنزيرًا صغيرًا ذكرًا (Duroc × Landrace × Yorkshire) للتحقيق في تأثيرات إضافة الفاجات على عدوى ETEC K88. حصل بروتوكول الحيوانات على موافقة أخلاقية من لجنة رعاية واستخدام الحيوانات في جامعة جيانغشي الزراعية (رقم الموافقة الأخلاقية: JXAULL-2024-823). تم تخصيص الخنازير الصغيرة، التي بلغ متوسط وزنها 6.85 ± 0.75 كغ وعمرها 21 يومًا، إلى خمس مجموعات علاجية: مجموعة تحكم تتلقى نظامًا غذائيًا أساسيًا، ومجموعة ETEC K88 تتلقى النظام الغذائي الأساسي مع محلول ملحي عادي معقم عن طريق الفم، وثلاث مجموعات ETEC K88 + فاج تتلقى النظام الغذائي الأساسي مع إضافة تركيزات مختلفة من الفاجات (400 و600 أو 800 ملغ/كغ). كانت تقديرات عناوين الفاجات في الأنظمة الغذائية المضافة هي 1.2 × 10^5 و 1.8 × 10^5 و 2.4 × 10^5 PFU/g، على التوالي.
تضمن التصميم التجريبي سكنًا فرديًا لكل خنزير صغير، والذي تم الحفاظ عليه طوال فترة الدراسة التي استمرت 14 يومًا. في اليوم الثاني عشر، تم تحدي الخنازير الصغيرة بـ ETEC K88 (1 × 10^10 CFU/mL، 10 مل/خنزير) أو محلول ملحي عادي معقم (10 مل/خنزير). قبل التحدي، تم تقييم جميع الخنازير الصغيرة بحثًا عن الإسهال وتأكيد خلوها من الأعراض السريرية. تم صياغة النظام الغذائي الأساسي لتلبية المتطلبات الغذائية كما هو موصى به من قبل NRC (2012)، مما يضمن أن جميع الخنازير الصغيرة كانت لديها إمكانية الوصول المستمر إلى العلف والماء العذب خلال التجربة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يسلط الضوء على النتائج المهمة للدراسة، بما في ذلك أي تحليلات إحصائية تم إجراؤها، والعلاقات الملحوظة بين المتغيرات، وآثار هذه النتائج. قد يتضمن القسم أيضًا تمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول لتوضيح البيانات بشكل فعال.
تتم مناقشة النتائج في سياق أسئلة البحث المطروحة، مع التأكيد على كيفية مساهمتها في المعرفة الحالية. يتم الإشارة إلى أي نتائج غير متوقعة أو شذوذ، مع تقديم تفسيرات محتملة. بشكل عام، يخدم هذا القسم في التحقق من الفرضيات ويوفر أساسًا للنقاشات والاستنتاجات اللاحقة المستخلصة في الورقة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم عزل ثلاثة بكتريوفاجات (EC-P1 و EC-P2 و EC-P3) من عينات مياه الصرف الصحي من مزارع الخنازير في مقاطعة جيانغشي، الصين، باستخدام سلالة الإشريكية القولونية المعوية السمية (ETEC) K88 كعائل. تم تنقية الفاجات من خلال عدة جولات من تشكيل اللويحات وتم تصنيفها مورفولوجيًا عبر المجهر الإلكتروني الناقل، مما كشف عن هياكل ذيل نموذجية وأحجام متباينة. أشار تسلسل الجينوم الكامل إلى أن EC-P1 له طول جينوم يبلغ 327.57 كيلوباز مع 587 جينًا متوقعًا، بينما تمتلك EC-P2 و EC-P3 جينومات أقصر تبلغ 133.72 كيلوباز و 34.28 كيلوباز، على التوالي، مع عدد أقل من الجينات المتوقعة. أظهر التصنيف البيولوجي أن EC-P3 أظهر أوسع نشاط ليتك ضد سلالات مرضية مختلفة، بما في ذلك السالمونيلا التيفية، بينما لم تقم أي من الفاجات بتحليل المكورات العنقودية الذهبية.
تم تقييم الفاجات أيضًا من حيث فعاليتها المضادة للبكتيريا ضد ETEC K88 في المختبر، حيث أظهرت انخفاضات ملحوظة في تركيز البكتيريا وتكوين الأغشية الحيوية. أدت الإضافة الغذائية لمسحوق الفاج المجفف بالتجميد (600 ملغ/كغ) في الخنازير الصغيرة المصابة بـ ETEC K88 إلى تحسين درجات الإسهال، وتقليل درجات الحرارة المستقيم، وزيادة محتوى المادة الجافة في البراز مقارنة بمجموعة التحكم. بالإضافة إلى ذلك، أثرت معالجة الفاجات بشكل إيجابي على سلامة الأمعاء، كما يتضح من زيادة ارتفاع زغابات الأمعاء الدقيقة وزيادة تنظيم بروتينات الوصل الضيق. كما تم تعديل علامات الالتهاب ومعلمات المصل بشكل إيجابي في مجموعة المعالجة بالفاج، مما يشير إلى دور علاجي محتمل لهذه الفاجات في إدارة عدوى ETEC في الخنازير. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على التطبيق الواعد للفاجات المعزولة كمكمل غذائي للتخفيف من آثار عدوى ETEC في الخنازير الصغيرة.
DOI: https://doi.org/10.1186/s40104-025-01322-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41547922
Publication Date: 2026-01-18
Author(s): Yan Chen et al.
Primary Topic: Bacteriophages and microbial interactions
Overview
The study investigates the isolation and application of bacteriophages targeting enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) K88, a primary cause of post-weaning diarrhea (PWD) in piglets. Three specific phages (EC-P1, EC-P2, and EC-P3) were successfully isolated and characterized as tailed phages with favorable stability and efficacy in inhibiting ETEC K88 growth and biofilm formation in vitro. A pilot study involving dietary supplementation of lyophilized phage powder at doses of 400, 600, and 800 mg/kg demonstrated that piglets receiving 600 or 800 mg/kg exhibited significantly lower diarrhea scores and rectal temperatures post-infection compared to the control group.
The findings indicate that supplementation with 600 mg/kg of phages not only improved intestinal integrity—evidenced by increased jejunal villus height and enhanced villus height-to-crypt depth ratio—but also reduced serum markers of inflammation and modulated gut microbiota composition. Specifically, there was a decrease in harmful bacterial populations (Proteobacteria and Enterobacteriaceae) and an increase in beneficial taxa (Patescibacteria, Muribaculaceae, and Subdoligranulum). The study concludes that dietary phage supplementation is a promising strategy for mitigating ETEC K88-associated PWD in weaned piglets, particularly in the context of reduced antibiotic use.
Introduction
**Introduction**
Post-weaning diarrhea (PWD) poses a significant challenge in swine production, particularly affecting piglets within the first two weeks after weaning, leading to high mortality rates and economic losses. The primary pathogen associated with PWD is enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) K88 (F4). While in-feed antibiotics have been commonly used to mitigate PWD and improve growth performance, their use has been restricted in several countries due to concerns over antibiotic resistance and residue detection. Consequently, there is an urgent need for alternative anti-pathogenic strategies.
Bacteriophages, which have been recognized for their antimicrobial properties since the early 1900s, are gaining renewed interest as potential therapeutic agents against bacterial infections, particularly in light of rising antibiotic resistance. Phages offer several advantages over traditional antibiotics, including targeted efficacy and the ability to proliferate against pathogens at low concentrations, while also minimizing the risk of developing antibiotic-resistant strains and disrupting microbial balance. Previous studies have indicated that phage cocktails can enhance growth performance in newly weaned piglets by modulating intestinal inflammation and improving gut microbiome health. This study aims to isolate ETEC K88-specific phages and assess their efficacy as a dietary supplement in piglets during the critical post-weaning period, utilizing an ETEC K88 challenge model to evaluate their potential in controlling PWD.
Methods
In this study, a total of 30 weaned male piglets (Duroc × Landrace × Yorkshire) were utilized to investigate the effects of phage supplementation on ETEC K88 infection. The animal protocol received ethical approval from the Animal Care and Use Committee of Jiangxi Agricultural University (Ethics Approval Number: JXAULL-2024-823). The piglets, averaging 6.85 ± 0.75 kg and aged 21 days, were assigned to five treatment groups: a control group receiving a basal diet, an ETEC K88 group receiving the basal diet with oral sterile normal saline, and three ETEC K88 + phage groups receiving the basal diet supplemented with varying concentrations of phages (400, 600, or 800 mg/kg). The estimated phage titers in the supplemented diets were 1.2 × 10^5, 1.8 × 10^5, and 2.4 × 10^5 PFU/g, respectively.
The experimental design included individual housing for each piglet, which was maintained throughout the 14-day study period. On day 12, the piglets were challenged with ETEC K88 (1 × 10^10 CFU/mL, 10 mL/pig) or sterile normal saline (10 mL/pig). Prior to the challenge, all piglets were assessed for diarrhea and confirmed to be free of clinical symptoms. The basal diet was formulated to meet the nutritional requirements as recommended by the NRC (2012), ensuring that all piglets had continuous access to feed and fresh water during the experiment.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments or analyses. It highlights the significant outcomes of the study, including any statistical analyses performed, the observed relationships between variables, and the implications of these results. The section may also include visual representations such as graphs or tables to illustrate the data effectively.
The findings are discussed in the context of the research questions posed, emphasizing how they contribute to the existing body of knowledge. Any unexpected results or anomalies are noted, along with potential explanations. Overall, this section serves to validate the hypotheses and provides a foundation for the subsequent discussion and conclusions drawn in the paper.
Discussion
In this study, three bacteriophages (EC-P1, EC-P2, and EC-P3) were isolated from sewage samples of pig farms in Jiangxi Province, China, using the enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) K88 strain as a host. The phages were purified through multiple rounds of plaque formation and characterized morphologically via transmission electron microscopy, revealing typical tail structures and varying sizes. Whole genome sequencing indicated that EC-P1 has a genome length of 327.57 kb with 587 predicted genes, while EC-P2 and EC-P3 have shorter genomes of 133.72 kb and 34.28 kb, respectively, with fewer predicted genes. The biological characterization demonstrated that EC-P3 exhibited the broadest lytic activity against various pathogenic strains, including Salmonella typhimurium, while none of the phages lysed Staphylococcus aureus.
The phages were further evaluated for their antibacterial efficacy against ETEC K88 in vitro, showing significant reductions in bacterial concentration and biofilm formation. Dietary supplementation with lyophilized phage powder (600 mg/kg) in piglets infected with ETEC K88 resulted in improved diarrhea scores, reduced rectal temperatures, and enhanced fecal dry matter content compared to the control group. Additionally, the phage treatment positively influenced intestinal integrity, as indicated by increased jejunal villus height and upregulation of tight junction proteins. Inflammatory markers and serum parameters were also favorably modulated in the phage-treated group, suggesting a potential therapeutic role for these phages in managing ETEC infections in swine. Overall, the findings highlight the promising application of isolated phages as a dietary supplement to mitigate the effects of ETEC infections in piglets.