DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0335338
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41650124
تاريخ النشر: 2026-02-06
المؤلف: Anna A. Heintzman وآخرون
الموضوع الرئيسي: العدوى الطفيلية والتشخيصات
نظرة عامة
الدراسة التي أجريت في جنوب إنديانا تهدف إلى وصف ملفات مسببات الأمراض البرازية من مختلف الماشية والموائل البشرية، مما يكشف عن تداعيات صحية عامة هامة. على مدى فترة من أبريل إلى يونيو 2024، جمع الباحثون 128 عينة براز من 10 أنواع مختلفة، بما في ذلك الخنازير، والخيول، والقطط، والدجاج، والكلاب، والغزلان ذات الذيل الأبيض، والأغنام، والماعز، والأبقار، والبشر. باستخدام بطاقة TaqMan Array Card مخصصة تحتوي على 43 هدفًا لـ RT-qPCR وميكروسكوب الطفو لبيض الديدان، وجدت الدراسة أن 60% من العينات كانت إيجابية لوجود مسببات الأمراض على الأقل. ومن الجدير بالذكر أن *Escherichia coli* المسببة للأمراض المعوية (eae) تم اكتشافها في 16% من العينات، بينما كانت جينات سموم شيغا موجودة في 10% (stx1) و6.3% (stx2).
تفاوت انتشار مسببات الأمراض المحددة بين الأنواع، حيث تم العثور على *E. coli* O157:H7 في 42% من الخنازير و8.3% من الأغنام، و*Campylobacter coli* في 36% من الدجاج. كانت العدوى الأولية أيضًا ملحوظة، حيث تم اكتشاف *Giardia* في 15% من العينات (لا سيما 32% في الكلاب و33% في الأبقار) و*Cryptosporidium* في 14% (55% في القطط، 25% في الأبقار، و27% في الدجاج). علاوة على ذلك، كانت 55% من عينات الدجاج إيجابية لـ *Plasmodium*، مما يشير إلى دوران محلي للهايموسبوريديات الطيور. كما حددت الدراسة جين الإنترون-إنتراباز من الفئة 1 (intI1) في 43% من العينات، بشكل رئيسي في الدجاج والخنازير والخيول. هذه النتائج تسلط الضوء على المخاطر الصحية العامة المحتملة المرتبطة ببراز الحيوانات في جنوب إنديانا وتبرز ضرورة إجراء دراسات صحة واحدة مستهدفة لمعالجة مخاطر التعرض المحددة وتحسين ممارسات إدارة نفايات الحيوانات.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على القلق الصحي العام الكبير الذي تسببه مسببات الأمراض المعوية، والتي تشمل البكتيريا والفيروسات والأوليات والديدان التي يتم التخلص منها في براز البشر والحيوانات المصابة. تسهم هذه المسببات في عبء المرض العالمي وغالبًا ما تُنقل إلى البشر من خلال مسارات بيئية متنوعة، خاصة في البيئات الزراعية والمناطق القريبة من المنازل حيث يتعايش البشر والحيوانات عن كثب. يؤكد النص على الحاجة إلى نهج شامل ومتعدد القطاعات لمراقبة الأمراض والسيطرة عليها، متماشيًا مع مبادئ صحة واحدة، لتقليل التعرض وقطع مسارات النقل.
تركز الدراسة على جنوب إنديانا، وهي منطقة تتميز بتربية الماشية المكثفة، حيث تكون البيانات حول مسببات الأمراض المعوية والجينات المقاومة المرتبطة بها بين الأنواع الحيوانية محدودة. مع وجود عدد كبير من الماشية التي تنتج كميات هائلة من البراز، تهدف الدراسة إلى وصف ملفات مسببات الأمراض المعوية في عينات البراز من عشرة أنواع مضيفة، بما في ذلك البشر، التي تم جمعها من البيئات الزراعية والريفية. من المتوقع أن تعزز النتائج الفهم للمخاطر الصحية المرتبطة بالتعرض لبراز الحيوانات، خاصة في المناطق التي تتبنى ممارسات زراعية مماثلة.
الطرق
توضح قسم “المواد والطرق” في ورقة البحث التصميم التجريبي والإجراءات المستخدمة للتحقيق في سؤال البحث. يتفصل في المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، ومعدات، وعينات بيولوجية، لضمان إمكانية تكرار الدراسة. تشمل المنهجية البروتوكولات التجريبية، بما في ذلك تقنيات جمع البيانات، والتحليلات الإحصائية، وأي أدوات حسابية مستخدمة لتفسير البيانات.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم طرق أخذ العينات، والضوابط، وأي اعتبارات أخلاقية تم أخذها في الاعتبار خلال البحث. من خلال تقديم نظرة شاملة على الطرق، يهدف هذا القسم إلى تمكين الباحثين الآخرين من تكرار الدراسة والتحقق من النتائج المقدمة في الأقسام اللاحقة من الورقة.
النتائج
في هذه الدراسة، تم اكتشاف الحمض النووي من جنس *Plasmodium* في 8% من العينات، لا سيما في 50% من عينات الدجاج، مما يشير إلى احتمال انتقال محلي للملاريا الطيور من الطيور البرية إلى الدواجن. الاختبار qPCR المستخدم يستهدف موقع ميتوكوندري محفوظ، مما يحد من دقة تحديد سلالات الطفيليات المحددة ولكنه يتماشى مع *P. relictum*، وهو طفيلي شائع للملاريا الطيور. بالإضافة إلى ذلك، تم تأكيد وجود *Ascaris lumbricoides* في الخنازير، حيث كشفت الميكروسكوبية عن بيض من نوع Ascaris، مما يبرز مخاطر انتقال الأمراض الحيوانية المرتبطة بالخنازير في إنديانا. كما سلطت الدراسة الضوء على التحديات في تمييز الأنواع المرتبطة ارتباطًا وثيقًا داخل أجناس *Ancylostoma* و*Trichuris* بسبب هوية التسلسل العالية، مما يعقد تحديد الأنواع على مستوى الأنواع.
كانت مسببات الأمراض البكتيرية هي المجموعة الأكثر تكرارًا التي تم اكتشافها، بما في ذلك الجينات المرتبطة بالضراوة من *E. coli* و*Campylobacter jejuni/coli*، والتي تشكل مخاطر صحية عامة كبيرة من خلال الانتقال الحيواني. وجود *Klebsiella pneumoniae* في عينات البشر والكلاب يبرز أيضًا إمكانية تبادل مسببات الأمراض بين الأنواع. وجدت الدراسة انتشارًا بنسبة 43% لجين الإنترون-إنتراباز من الفئة 1 (intI1) في العينات، مما يشير إلى وجود كبير لجينات مقاومة المضادات الحيوية في الماشية. تشمل قيود الدراسة الاعتماد على qPCR للأهداف المحددة مسبقًا، مما قد يتجاهل تنوع الميكروبات الأخرى، وإمكانية نسب الإشارات الإيجابية بشكل خاطئ بسبب التضخيم المتقاطع بين الأنواع المرتبطة ارتباطًا وثيقًا. يجب أن تتضمن الأبحاث المستقبلية نهجًا ميتاجينوميًا أوسع وعلامات محددة للسلالات لتعزيز الدقة في تتبع مصادر الميكروبات.
المناقشة
أجرت الدراسة مسحًا شاملاً لمسببات الأمراض المعوية في عينات البراز من عشرة أنواع، بما في ذلك الماشية، والحيوانات الأليفة، والبشر، عبر جنوب إنديانا. تم جمع ما مجموعه 128 عينة براز، مما كشف عن مجموعة متنوعة من مسببات الأمراض، مع كون الأهداف البكتيرية هي الأكثر انتشارًا. ومن الجدير بالذكر أن *E. coli* المسببة للأمراض المعوية تم اكتشافها في 16% من العينات، خاصة بين الأغنام، بينما تم التعرف أيضًا على *Giardia spp.* و*Ascaris lumbricoides*. كان وجود علامات مقاومة المضادات الحيوية (intl1) ملحوظًا، حيث وُجد في 43% من العينات، مما يبرز المخاطر الصحية العامة المحتملة المرتبطة ببراز الماشية والحيوانات الأليفة.
تؤكد النتائج على الحاجة إلى نهج صحة واحدة للمراقبة، نظرًا لترابط صحة الحيوانات والبشر والبيئة. لا يتطلب الإطار التنظيمي لإنديانا لعمليات الماشية المراقبة الميكروبيولوجية الروتينية لمسببات الأمراض في السماد، مما يثير القلق بشأن احتمال تلوث مصادر المياه والصحة العامة. تدعو الدراسة إلى تعزيز المراقبة الميكروبيولوجية وتدابير السيطرة لتقليل المخاطر المرتبطة بمسببات الأمراض المعوية في البيئات الزراعية، مما يبرز أهمية التفسير الحذر لنتائج qPCR عند تطبيقها خارج سياقاتها المعتمدة. بشكل عام، تسلط الأبحاث الضوء على الحاجة الملحة للجهود المنسقة لمعالجة التداعيات الصحية العامة لمسببات الأمراض المعوية في البراز من أنواع مختلفة.
DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0335338
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41650124
Publication Date: 2026-02-06
Author(s): Anna A. Heintzman et al.
Primary Topic: Parasitic Infections and Diagnostics
Overview
The study conducted in Southern Indiana aimed to characterize fecal pathogen profiles from various livestock and human hosts, revealing significant public health implications. Over a period from April to June 2024, researchers collected 128 fecal samples from 10 different species, including pigs, horses, cats, chickens, dogs, white-tailed deer, sheep, goats, cows, and humans. Utilizing a custom 43-target TaqMan Array Card for RT-qPCR and flotation microscopy for helminth ova, the study found that 60% of samples tested positive for at least one pathogen. Notably, enteropathogenic *Escherichia coli* (eae) was detected in 16% of samples, while shiga toxin genes were present in 10% (stx1) and 6.3% (stx2).
The prevalence of specific pathogens varied among species, with *E. coli* O157:H7 found in 42% of pigs and 8.3% of sheep, and *Campylobacter coli* in 36% of chickens. Protozoan infections were also significant, with *Giardia* detected in 15% of samples (notably 32% in dogs and 33% in cows) and *Cryptosporidium* in 14% (55% in cats, 25% in cows, and 27% in chickens). Furthermore, 55% of chicken samples tested positive for *Plasmodium*, indicating local avian haemosporidian circulation. The study also identified the class 1 integron-integrase gene (intI1) in 43% of samples, predominantly in chickens, pigs, and horses. These findings underscore the potential public health risks associated with animal feces in Southern Indiana and highlight the necessity for targeted One Health studies to address specific exposure risks and improve animal waste management practices.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significant public health concern posed by enteric pathogens, which include bacteria, viruses, protozoa, and helminths shed in the feces of infected humans and animals. These pathogens contribute to the global disease burden and are often transmitted to humans through various environmental pathways, particularly in agricultural and peri-domestic settings where humans and animals coexist closely. The text emphasizes the need for a holistic, multisectoral approach to disease surveillance and control, aligned with One Health principles, to mitigate exposure and interrupt transmission pathways.
The study focuses on southern Indiana, an area characterized by intensive livestock farming, where the data on enteric pathogens and associated resistance genes among animal species is limited. With a significant livestock population producing vast amounts of feces, the research aims to characterize the profiles of enteric pathogens in fecal specimens from ten host species, including humans, collected from agricultural and rural environments. The findings are expected to enhance the understanding of health risks associated with exposure to animal feces, particularly in regions with similar agricultural practices.
Methods
The “Materials and Methods” section of the research paper outlines the experimental design and procedures employed to investigate the research question. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, ensuring reproducibility of the study. The methodology encompasses the experimental protocols, including data collection techniques, statistical analyses, and any computational tools utilized for data interpretation.
Additionally, the section may describe the sampling methods, controls, and any ethical considerations taken into account during the research. By providing a comprehensive overview of the methods, this section aims to enable other researchers to replicate the study and validate the findings presented in subsequent sections of the paper.
Results
In this study, DNA from the genus *Plasmodium* was detected in 8% of samples, notably in 50% of chicken samples, indicating potential local transmission of avian malaria from wild birds to poultry. The qPCR assay utilized targets a conserved mitochondrial locus, which limits the resolution of specific parasite lineages but aligns with *P. relictum*, a common avian malaria parasite. Additionally, the presence of *Ascaris lumbricoides* was confirmed in pigs, with microscopy revealing Ascaris-type eggs, underscoring the zoonotic transmission risks associated with swine in Indiana. The study also highlighted challenges in distinguishing closely related species within the *Ancylostoma* and *Trichuris* genera due to high sequence identity, complicating species-level identification.
Bacterial pathogens were the most frequently detected group, including virulence-associated genes from *E. coli* and *Campylobacter jejuni/coli*, which pose significant public health risks through zoonotic transmission. The presence of *Klebsiella pneumoniae* in both human and dog samples further emphasizes the potential for interspecies pathogen exchange. The study found a 43% prevalence of the class 1 integron-integrase gene (intI1) in samples, indicating a significant presence of antibiotic resistance genes in livestock. Limitations of the study include reliance on qPCR for predefined targets, which may overlook other microbial diversity, and the potential for misattribution of positive signals due to cross-amplification among closely related species. Future research should incorporate broader metagenomic approaches and lineage-specific markers to enhance accuracy in microbial source tracking.
Discussion
The study conducted a comprehensive survey of enteric pathogens in fecal samples from ten species, including livestock, companion animals, and humans, across Southern Indiana. A total of 128 stool samples were collected, revealing a diverse array of pathogens, with bacterial targets being the most prevalent. Notably, enteropathogenic E. coli was detected in 16% of samples, particularly among sheep, while Giardia spp. and Ascaris lumbricoides were also identified. The presence of antimicrobial resistance markers (intl1) was significant, found in 43% of samples, highlighting potential public health risks associated with livestock and companion animal feces.
The findings underscore the need for a One Health approach to surveillance, given the interconnectedness of animal, human, and environmental health. Indiana’s regulatory framework for livestock operations does not mandate routine microbiological monitoring of pathogens in manure, which raises concerns about potential contamination of water sources and public health. The study advocates for enhanced microbiological surveillance and control measures to mitigate risks associated with enteric pathogens in agricultural settings, emphasizing the importance of cautious interpretation of qPCR results when applied outside their validated contexts. Overall, the research highlights the critical need for coordinated efforts to address the public health implications of enteric pathogens in fecal matter from various species.