DOI: https://doi.org/10.1186/s40813-024-00375-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38951921
تاريخ النشر: 2024-06-29
المؤلف: Lucía Pérez-Pérez وآخرون
الموضوع الرئيسي: الطب البيطري والأمراض المعدية
نظرة عامة
تبحث الدراسة في الإسهال الوبائي لدى الخنازير (SD)، وهو التهاب قولوني حاد في الخنازير ناتج عن *Brachyspira hyodysenteriae*. شملت الدراسة خنازير بعمر 7 أسابيع تم تحديها عن طريق الفم مع العامل المسبب لتقييم إفراز البراز، الآفات المعوية، وبروتينات المرحلة الحادة في المصل في مراحل مختلفة من العدوى. بشكل محدد، قورنت مجموعة العدوى المبكرة (n = 8)، مجموعة العدوى الحادة مع الإسهال المخاطي الدموي (n = 8)، والمجموعة الضابطة غير المصابة (n = 16). أظهرت النتائج الرئيسية أن كل من الكشف الأول عن *B. hyodysenteriae* عبر q-PCR وظهور البراز الرخو مع الدم والمخاط حدثا بعد 8 أيام من التلقيح. كان الفارق بين إيجابية q-PCR وظهور الإسهال متغيرًا، حيث أظهرت معظم الخنازير الأعراض خلال 0 إلى 3 أيام.
كشفت الدراسة عن آفات ماكروسكوبية وميكروسكوبية كبيرة في أمعاء الخنازير المصابة، وكانت أكثر شدة في مجموعة العدوى الحادة. كانت مؤشرات المصل مثل الهبتوجلوبين، بروتين سي التفاعلي، وكرياتين كيناز مرتفعة بشكل ملحوظ خلال العدوى الحادة، مع زيادة الهبتوجلوبين أيضًا في مجموعة العدوى المبكرة مقارنة بالمجموعة الضابطة. تؤكد الدراسة على قيود الاعتماد فقط على العلامات السريرية، الآفات، أو الثقافة لتشخيص *B. hyodysenteriae*، مشددة على ضرورة استخدام qPCR للكشف المبكر. علاوة على ذلك، تم إثبات وجود علاقة بين إفراز البراز وشدة الآفات المعوية، مما يشير إلى أن قياس *B. hyodysenteriae* يمكن أن يكون أداة قيمة لتقييم شدة المرض في الخنازير المصابة.
مقدمة
الإسهال الوبائي لدى الخنازير (SD) هو مرض معوي كبير يؤثر على الخنازير النامية، يتميز بإسهال مخاطي دموي حاد، مما يؤدي إلى خسائر اقتصادية كبيرة بسبب الوفيات، العلاجات المضادة للميكروبات، وسوء تحويل العلف. يتسبب المرض بشكل أساسي في البكتيريا الحلزونية البيتا-هيموليتية، حيث تعتبر *Brachyspira hyodysenteriae* العامل المسبب الكلاسيكي، إلى جانب الأنواع التي تم التعرف عليها مؤخرًا مثل *Brachyspira suanatina* و *Brachyspira hampsonii*. على الرغم من الجهود البحثية الواسعة، لا تزال تعقيدات SD قائمة، كما أبرزها تأكيد تير هورن وغاسترا بأن “الإسهال الوبائي لدى الخنازير: أكثر ما هو مجهول من المعروف.”
تفاوتت الدراسات التجريبية الحديثة في التصميم بشكل كبير، بما في ذلك الاختلافات في أنواع *Brachyspira*، نماذج التحدي، طرق الكشف عن العوامل المسببة، ومعايير نتائج المرض. توفر هذه التباينات، بدلاً من عرقلة المقارنات، فرصة لتحديد الفجوات المعرفية للبحوث المستقبلية. يعد الكشف المبكر والتشخيص لـ SD أمرًا حاسمًا للحد من انتقال العدوى وتخفيف شدة المرض، خاصة في الحاملين غير المصابين الذين يفرزون البكتيريا. تؤكد الدراسة على إمكانية استخدام مؤشرات المصل، مثل بروتينات المرحلة الحادة (APPs) وعلامات الإجهاد التأكسدي، في تشخيص SD. تقيم الأبحاث الحالية العدوى ونتائج المرض في الخنازير من خلال تحليل إفراز البراز للعوامل المسببة، الآفات المعوية، واستجابات مؤشرات المصل خلال المراحل المبكرة والحادة من العدوى، باستخدام نظام غذائي غير مفرط البروتين في نموذج تحدي *B. hyodysenteriae*.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تضمنت المنهجية تحديًا تجريبيًا مع *Brachyspira hyodysenteriae* لتقييم العدوى في الخنازير. تم تقسيم اثنين وثلاثين خنزيرًا أنثويًا مختلطًا بعمر 7 أسابيع، خالية من أي تاريخ للإسهال الوبائي (SD) أو داء الحلزونات الخنزيرية، عشوائيًا إلى مجموعتين: مجموعة تحدي (n = 16) ومجموعة ضابطة (n = 16). تم إيواء الخنازير في مرافق احتواء حيوي مع ظروف بيئية خاضعة للرقابة وتم تكييفها لمدة 10 أيام، خلال تلك الفترة تم التأكد من سلبية الخنازير لـ *B. hyodysenteriae* و *B. pilosicoli* من خلال طرق الثقافة وPCR المستهدفة لجينات معينة.
بعد التكيف، تلقت مجموعة التحدي تلقيحًا عن طريق الفم من *B. hyodysenteriae* (ATCC 31212) على مدى ثلاثة أيام متتالية، بينما تم إعطاء المجموعة الضابطة مرقًا معقمًا. تم جمع عينات براز يومية لمراقبة الاتساق، وتم تقييمها على مقياس من 0 (طبيعي) إلى 3.5 (سائل مع مخاط/دم). شملت الدراسة إعدام نصف الخنازير المصابة بعد 24 ساعة من أول نتيجة إيجابية لـ q-PCR (مجموعة العدوى المبكرة) والباقي خلال مرحلة العدوى الحادة، التي تتميز بنتائج إيجابية لـ q-PCR ودرجات براز عالية. تم إعدام الخنازير الضابطة بالتوازي للتحليل المقارن. بعد الإعدام، تم جمع عينات المصل، وتم فحص الجهاز الهضمي للآفات، مع التركيز بشكل خاص على الأعور والقولون للتغيرات المرضية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج المستخلصة من الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الأساليب التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود علاقة كبيرة بين المتغيرات قيد البحث، حيث كشفت التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تورد الدراسة أحجام التأثير، التي تظهر علاقة متوسطة إلى قوية، مما يدعم الفرضية.
علاوة على ذلك، يتم توضيح النتائج من خلال أشكال وجداول متنوعة، والتي توفر تمثيلًا بصريًا واضحًا للاتجاهات الملاحظة. من الجدير بالذكر أن نتائج تحليل التباين (ANOVA) تشير إلى أن الفروقات بين المجموعات كبيرة، مما يعزز صحة الاستنتاجات المستخلصة. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة في هذا المجال، مقدمةً تداعيات للبحوث المستقبلية والتطبيقات العملية.
المناقشة
يتناول قسم المناقشة في الورقة المنهجيات والنتائج المتعلقة بالكشف وقياس *Brachyspira hyodysenteriae*، العامل المسبب للإسهال الوبائي لدى الخنازير (SD). استخدمت الدراسة طريقة تحدي فموية جديدة، مما أدى إلى حدوث 100% من حالات المرض بين الخنازير، مما يتناقض مع الدراسات السابقة التي استخدمت التلقيح داخل المعدة. سمحت هذه الطريقة، إلى جانب نظام غذائي تقليدي، بنموذج عدوى أكثر طبيعية، على الرغم من أنها أدت أيضًا إلى فترة زمنية أطول لظهور المرض الحاد. أشارت النتائج إلى وجود علاقة قوية بين تركيز *B. hyodysenteriae* في البراز وشدة العلامات السريرية، مع وجود اختلافات كبيرة في الآفات الماكروسكوبية والميكروسكوبية بين الخنازير في مراحل العدوى الحادة والمبكرة.
بالإضافة إلى ذلك، قامت الدراسة بتقييم مؤشرات مصلية متنوعة، محددة الهبتوجلوبين (HAPTO)، بروتين سي التفاعلي (CRP)، وكرياتين كيناز (CK) كمؤشرات هامة للالتهاب والأضرار المعوية في الخنازير المصابة بالإسهال المخاطي الدموي. من الجدير بالذكر أن مستويات HAPTO كانت مرتفعة في الخنازير المصابة بشكل حاد، بينما لم يظهر CRP نمطًا ثابتًا، مما يشير إلى محدودية فائدته كمؤشر مبكر. تؤكد النتائج على أهمية استخدام PCR الكمي للكشف المبكر عن *B. hyodysenteriae* وتبرز إمكانية استخدام مؤشرات مصلية محددة في تقييم شدة المرض، على الرغم من أنها لا تحل محل طرق الكشف الميكروبيولوجي. بشكل عام، تسهم الدراسة في تقديم رؤى قيمة حول علم الأوبئة، التشخيص، والنتائج السريرية لـ SD، مؤكدة على الحاجة إلى مزيد من البحث في هذا المجال.
DOI: https://doi.org/10.1186/s40813-024-00375-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38951921
Publication Date: 2024-06-29
Author(s): Lucía Pérez-Pérez et al.
Primary Topic: Veterinary medicine and infectious diseases
Overview
The research investigates swine dysentery (SD), a severe colitis in pigs caused by *Brachyspira hyodysenteriae*. The study involved 7-week-old pigs that were orally challenged with the pathogen to assess faecal shedding, intestinal lesions, and serum acute phase proteins at different stages of infection. Specifically, it compared an early infection group (n = 8), an acute infection group with mucohaemorrhagic diarrhoea (n = 8), and non-infected controls (n = 16). Key findings indicated that both the first detection of *B. hyodysenteriae* via q-PCR and the onset of loose stools with blood and mucus occurred at 8 days post-inoculation. The interval between q-PCR positivity and the appearance of diarrhoea varied, with most pigs showing symptoms within 0 to 3 days.
The study revealed significant macroscopic and microscopic lesions in the intestines of infected pigs, particularly more severe in the acute infection group. Serum biomarkers such as haptoglobin, C-reactive protein, and creatine kinase were significantly elevated during acute infection, with haptoglobin also increasing in the early infection group compared to controls. The research underscores the limitations of relying solely on clinical signs, lesions, or culture for diagnosing *B. hyodysenteriae*, emphasizing the necessity of qPCR for early detection. Furthermore, a correlation between faecal shedding and the severity of intestinal lesions was established, suggesting that quantifying *B. hyodysenteriae* could serve as a valuable tool for assessing disease severity in infected pigs.
Introduction
Swine dysentery (SD) is a significant enteric disease affecting grower-finisher pigs, characterized by severe mucohaemorrhagic diarrhoea, leading to considerable economic losses due to mortality, antimicrobial treatments, and poor feed conversion. The disease is primarily caused by strongly beta-haemolytic spirochetes, with Brachyspira hyodysenteriae being the classical etiological agent, alongside recently identified species Brachyspira suanatina and Brachyspira hampsonii. Despite extensive research efforts, the complexity of SD remains, as highlighted by ter Huurne and Gaastra’s assertion that “Swine dysentery: more unknown than known.”
Recent controlled challenge studies have varied widely in design, including differences in Brachyspira species, challenge models, pathogen detection methods, and disease outcome parameters. This heterogeneity, rather than hindering comparisons, provides an opportunity to identify knowledge gaps for future research. Early detection and diagnosis of SD are crucial for limiting transmission and mitigating disease severity, particularly in asymptomatic carriers that shed the bacteria. The study emphasizes the potential of serum biomarkers, such as acute phase proteins (APPs) and oxidative stress markers, in diagnosing SD. The current research evaluates the infection and disease outcomes in pigs through analysis of pathogen faecal shedding, intestinal lesions, and serum biomarker responses during early and acute stages of infection, using a non-hyperproteic diet in a B. hyodysenteriae challenge model.
Methods
In this study, the methodology involved an experimental challenge with *Brachyspira hyodysenteriae* to assess the infection in pigs. Thirty-two 7-week-old crossbred female pigs, free from any history of swine dysentery (SD) or porcine spirochaetosis, were randomly divided into two groups: a challenged group (n = 16) and a control group (n = 16). The pigs were housed in isolated biocontainment facilities with controlled environmental conditions and were acclimatized for 10 days, during which they were confirmed negative for *B. hyodysenteriae* and *B. pilosicoli* through culture and PCR methods targeting specific genes.
Following acclimatization, the challenged group received an oral inoculation of *B. hyodysenteriae* (ATCC 31212) over three consecutive days, while the control group was administered a sterile broth. Daily fecal samples were collected to monitor consistency, scored on a scale from 0 (normal) to 3.5 (liquid with mucus/blood). The study included euthanization of half the challenged pigs 24 hours after the first positive q-PCR result (early infection group) and the remainder during the acute infection stage, characterized by positive q-PCR results and high fecal scores. Control pigs were euthanized in parallel for comparative analysis. Post-euthanasia, serum samples were collected, and the intestinal tract was examined for lesions, with specific attention to the caecum and colon for pathological changes.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant. Additionally, the study reports on the effect sizes, which demonstrate a moderate to strong relationship, further supporting the hypothesis.
Furthermore, the results are illustrated through various figures and tables, which provide a clear visual representation of the trends observed. Notably, the analysis of variance (ANOVA) results indicate that the differences among the groups are substantial, reinforcing the validity of the conclusions drawn. Overall, the findings contribute valuable insights into the field, offering implications for future research and practical applications.
Discussion
The discussion section of the paper elaborates on the methodologies and findings related to the detection and quantification of *Brachyspira hyodysenteriae*, the causative agent of swine dysentery (SD). The study employed a novel oral challenge method, which resulted in a 100% disease incidence among the pigs, contrasting with previous studies that utilized intragastric inoculation. This approach, alongside a conventional diet, allowed for a more natural infection model, although it also led to a longer time frame for severe disease onset. The findings indicated a strong correlation between the concentration of *B. hyodysenteriae* in feces and the severity of clinical signs, with significant differences in macroscopic and microscopic lesions observed between pigs in acute and early infection stages.
Additionally, the study assessed various serum biomarkers, identifying haptoglobin (HAPTO), C-reactive protein (CRP), and creatine kinase (CK) as significant indicators of inflammation and intestinal damage in pigs with mucohaemorrhagic diarrhea. Notably, HAPTO levels were elevated in acutely infected pigs, while CRP did not exhibit a consistent pattern, suggesting its limited utility as an early biomarker. The results underscore the importance of quantitative PCR for early detection of *B. hyodysenteriae* and highlight the potential of specific serum biomarkers in assessing disease severity, although they do not replace microbiological detection methods. Overall, the study contributes valuable insights into the epidemiology, diagnosis, and clinical outcomes of SD, emphasizing the need for further research in this area.