DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-40725-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41714774
تاريخ النشر: 2026-02-19
المؤلف: Gabrielle E. Doughan وآخرون
الموضوع الرئيسي: الأغشية الحيوية البكتيرية وإحساس الكمية
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة ديناميات إعادة نمو الأغشية الحيوية في خطوط المياه المستخدمة للخيول في ست مزارع تجارية من مرحلة الفطام إلى إنهاء النمو التي تستخدم مياه الآبار. وتبرز أهمية جودة المياه وإدارتها في صحة الخنازير، والتي غالبًا ما يتم تجاهلها في ممارسات الإنتاج. تقيم الدراسة بشكل خاص فعالية تدخل تنظيف لمرة واحدة باستخدام حمض البيراسيتيك بنسبة 0.78% (PAA)، والذي وُجد أنه يقلل بشكل كبير من كميات الأغشية الحيوية مباشرة بعد التطبيق. ومع ذلك، كشفت الدراسة أيضًا أن إعادة نمو الأغشية الحيوية حدثت بسرعة، مما يبرز ضرورة وجود استراتيجيات إدارة مستمرة لمواجهة تحديات الأغشية الحيوية في خطوط مياه الخنازير.
تشير النتائج إلى أن فهم ديناميات إعادة نمو الأغشية الحيوية أمر حاسم لتطوير ممارسات تدخل فعالة. لا تملأ الدراسة فقط فجوة معرفية حاسمة بشأن استعمار الميكروبات في خطوط مياه الخنازير، بل تقترح أيضًا طريقة عملية لأخذ عينات الأغشية الحيوية بشكل روتيني في المزارع. بالإضافة إلى ذلك، تضع الأساس للبحوث المستقبلية لاستكشاف جرعات مختلفة، ومنتجات مبيدات حيوية، وتقييمات بصرية وجينية لإعادة نمو الأغشية الحيوية، بهدف تعزيز استراتيجيات إدارة المياه في أنظمة إنتاج الخنازير.
مقدمة
في مقدمة ورقة البحث، يؤكد المؤلفون على الدور الحاسم للمياه كمغذٍ للخنازير، مشيرين إلى أهميتها في الحفاظ على الصحة والرفاهية. على الرغم من أهميتها، غالبًا ما يتم تجاهل إدارة المياه في مزارع الخنازير، حيث يتم توجيه معظم التركيز نحو ضمان الوصول إلى مياه الشرب بدلاً من معالجة قضايا جودة المياه بشكل استباقي. تشمل المصادر الرئيسية للمياه لهذه المزارع الآبار الخاصة والمياه السطحية، بينما تعتبر المياه المعالجة في المناطق الريفية أقل شيوعًا. ومن الجدير بالذكر أن الآبار الخاصة في الولايات المتحدة لا تخضع للتنظيم بموجب قانون المياه الصالحة للشرب التابع لوكالة حماية البيئة، مما يضع عبء اختبار ومعالجة الملوثات على مالكي الآبار.
يشير المؤلفون إلى أن مزارع الخنازير غالبًا ما تواجه تحديات مختلفة في جودة المياه، بما في ذلك المياه الصعبة، وارتفاع مستويات المعادن، والتلوث الميكروبي. يمكن أن تؤثر هذه القضايا سلبًا على صحة وإنتاجية الخنازير، مما يبرز الحاجة إلى تحسين ممارسات إدارة المياه في الصناعة. تمهد المقدمة الطريق لاستكشاف أعمق لهذه التحديات والآثار المحتملة على صحة الخنازير وعمليات المزارع.
الطرق
توضح قسم “المواد والطرق” في ورقة البحث التصميم التجريبي والإجراءات المستخدمة للتحقيق في فرضية البحث. تفصل اختيار المواد، بما في ذلك الكواشف والمعدات المحددة المستخدمة في التجارب، لضمان إمكانية تكرار النتائج. تشمل المنهجية إعداد التجربة، بما في ذلك أي ضوابط ومتغيرات، بالإضافة إلى التحليلات الإحصائية المطبقة لتفسير البيانات.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم تقنيات أخذ العينات، وتجنيد المشاركين (إذا كان ذلك مناسبًا)، وأي اعتبارات أخلاقية تم أخذها في الاعتبار خلال الدراسة. تعتبر وضوح ودقة الطرق أمرًا حاسمًا للتحقق من النتائج وضمان إمكانية مقارنة النتائج بشكل موثوق مع الأبحاث المستقبلية في هذا المجال.
النتائج
في هذه الدراسة، تم تقييم فعالية تنظيف خطوط المياه النهائية باستخدام حمض البيراسيتيك بنسبة 0.78% (PAA) على الأغشية الحيوية وديناميات إعادة نموها عبر ست مزارع خنازير من مرحلة الفطام إلى إنهاء النمو. تراوحت متوسطات العد القياسي للصفائح (ASPC) والعد القياسي اللاهوائي (ANSPC) قبل العلاج بشكل كبير، حيث تراوحت من 0 CFU/mL إلى 7.00 x 10^6 CFU/mL و6.20 x 10^6 CFU/mL، على التوالي. ومن الجدير بالذكر أن أعلى القيم المسجلة لـ ASPC وANSPC عبر جميع نقاط أخذ العينات كانت 3.30 x 10^9 CFU/mL و1.80 x 10^9 CFU/mL، على التوالي، وكلاهما تم ملاحظته في نقطة جمع البيانات السابعة بعد العلاج.
أشارت التحليلات الإحصائية باستخدام ANOVA من النوع الثالث إلى عدم وجود تأثيرات كبيرة للغرفة، أو نوع العد القياسي، أو تفاعلاتها على قياسات CFU/mL (قيمة p > 0.05). وبالتالي، تم إجراء تحليل كميات الأغشية الحيوية من خلال دمج نتائج ASPC وANSPC، مما يسمح بتقييم أكثر شمولاً لتأثير تدخل التنظيف على ديناميات الأغشية الحيوية.
المناقشة
تحققت الدراسة في ديناميات إعادة نمو الأغشية الحيوية في أنظمة توزيع المياه للخنازير (WDS) بعد تطبيق واحد فقط من حمض البيراسيتيك بنسبة 0.78% (PAA) للتنظيف والتعقيم. أجريت الدراسة عبر ست مزارع تجارية من مرحلة الفطام إلى إنهاء النمو في ولاية آيوا، وكشفت الأبحاث عن تقليل كبير بأكثر من ثلاث وحدات لوغاريتمية في كميات الأغشية الحيوية مباشرة بعد العلاج، مع قيمة p تبلغ 0.0000 تشير إلى دلالة إحصائية. ومع ذلك، لوحظ أن إعادة نمو الأغشية الحيوية حدثت بسرعة، حيث عادت الكميات إلى مستويات ما قبل العلاج بحلول اليومين 3 و5 بعد التطبيق، مما يشير إلى أنه على الرغم من أن PAA فعال في تقليل الأغشية الحيوية الأولية، إلا أنه لا يوفر تحكمًا دائمًا في ظروف الحقل.
تسلط النتائج الضوء على تعقيد إدارة الأغشية الحيوية في أنظمة توزيع المياه للخنازير، حيث تساهم عوامل مثل إزالة الأغشية الحيوية غير المكتملة، وكيمياء المياه، والطبيعة الواقية للمادة البوليمرية خارج الخلوية (EPS) في إعادة النمو السريع. تؤكد الدراسة على ضرورة وجود استراتيجيات إدارة مستمرة تتجاوز أحداث التعقيم الفردية، فضلاً عن إمكانية إجراء المزيد من الأبحاث حول الجرعات المثلى وتأثيرات مبيدات حيوية مختلفة. تملأ هذه الدراسة فجوة حاسمة في فهم استعمار الميكروبات في أنظمة مياه الخنازير وتضع الأساس لتطوير ممارسات شاملة لإدارة المياه في عمليات تربية الماشية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-40725-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41714774
Publication Date: 2026-02-19
Author(s): Gabrielle E. Doughan et al.
Primary Topic: Bacterial biofilms and quorum sensing
Overview
This study investigates the dynamics of biofilm regrowth in water lines used for swine on six commercial wean-to-finish farms utilizing well water. It highlights the importance of water quality and management in swine health, which are often neglected in production practices. The research specifically evaluates the effectiveness of a one-time cleaning intervention using 0.78% peracetic acid (PAA), which was found to significantly reduce biofilm quantities immediately post-application. However, the study also revealed that biofilm regrowth occurred rapidly, underscoring the necessity for ongoing management strategies to combat biofilm challenges in swine water lines.
The findings indicate that understanding biofilm regrowth dynamics is crucial for developing effective intervention practices. The study not only fills a critical knowledge gap regarding microbial colonization in swine water lines but also proposes a practical method for routine biofilm sampling on farms. Additionally, it lays the groundwork for future research to explore various dosages, biocide products, and both visual and genetic assessments of biofilm regrowth, ultimately aiming to enhance water management strategies in swine production systems.
Introduction
In the introduction of the research paper, the authors emphasize the critical role of water as a nutrient for swine, highlighting its importance for maintaining health and welfare. Despite its significance, water management on swine farms is frequently neglected, with most focus directed towards ensuring access to drinking water rather than proactively addressing water quality issues. The primary sources of water for these farms include private wells and surface water, with treated rural water being less common. Notably, private wells in the United States are not regulated under the Environmental Protection Agency’s Safe Drinking Water Act, placing the onus of testing and treating for contaminants on the well owners.
The authors point out that swine farms often face various water quality challenges, including hard water, elevated mineral levels, and microbial contamination. These issues can adversely affect the health and productivity of swine, underscoring the need for improved water management practices in the industry. The introduction sets the stage for a deeper exploration of these challenges and the potential implications for swine health and farm operations.
Methods
The “Materials and Methods” section of the research paper outlines the experimental design and procedures employed to investigate the research hypothesis. It details the selection of materials, including specific reagents and equipment used in the experiments, ensuring reproducibility of the results. The methodology encompasses the experimental setup, including any controls and variables, as well as the statistical analyses applied to interpret the data.
Additionally, the section may describe the sampling techniques, participant recruitment (if applicable), and any ethical considerations taken into account during the study. The clarity and rigor of the methods are crucial for validating the findings and ensuring that the results can be reliably compared to future research in the field.
Results
In this study, the effectiveness of terminal water line cleaning using 0.78% peracetic acid (PAA) on biofilms and their regrowth dynamics was assessed across six wean-to-finish swine farms. The pre-treatment average standard plate count (ASPC) and anaerobic standard plate count (ANSPC) varied significantly, ranging from 0 CFU/mL to 7.00 x 10^6 CFU/mL and 6.20 x 10^6 CFU/mL, respectively. Notably, the highest recorded ASPC and ANSPC values across all sampling points were 3.30 x 10^9 CFU/mL and 1.80 x 10^9 CFU/mL, respectively, both observed at the seventh post-treatment collection time point.
Statistical analysis using type III ANOVA indicated no significant effects of room, type of standard plate count, or their interactions on CFU/mL measurements (p-value > 0.05). Consequently, the analysis of biofilm quantities was conducted by combining the results of ASPC and ANSPC, allowing for a more comprehensive evaluation of the cleaning intervention’s impact on biofilm dynamics.
Discussion
The study investigated the dynamics of biofilm regrowth in swine water distribution systems (WDS) following a single application of 0.78% peracetic acid (PAA) for cleaning and disinfection. Conducted across six commercial wean-to-finish farms in Iowa, the research revealed a significant reduction of over three log units in biofilm quantities immediately post-treatment, with a p-value of 0.0000 indicating statistical significance. However, biofilm regrowth was observed to occur rapidly, with quantities returning to pre-treatment levels by days 3 and 5 post-application, suggesting that while PAA is effective for initial biofilm reduction, it does not provide lasting control under field conditions.
The findings highlight the complexity of biofilm management in swine WDS, where factors such as incomplete biofilm removal, water chemistry, and the protective nature of the extracellular polymeric substance (EPS) contribute to rapid regrowth. The study underscores the necessity for ongoing management strategies beyond single disinfection events, as well as the potential for further research into optimal dosing and the effects of different biocides. This work fills a critical gap in understanding microbial colonization in swine water systems and lays the groundwork for developing comprehensive water management practices in livestock operations.