DOI: https://doi.org/10.14202/vetworld.2024.1778-1788
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39328439
تاريخ النشر: 2024-08-01
المؤلف: Аida Daugaliyeva وآخرون
الموضوع الرئيسي: بروسيلا: التشخيص، الوبائيات، العلاج
نظرة عامة
البروسيلا هي مرض معدٍ مهم يؤثر على كل من الحيوانات والبشر، مما يؤدي إلى خسائر اقتصادية كبيرة ومخاطر صحية. التشخيص الدقيق وفي الوقت المناسب أمر حاسم للإدارة الفعالة للمرض. تسلط هذه المراجعة الضوء على طرق جزيئية متنوعة لتشخيص وتصنيف البروسيلا، بما في ذلك سلم بروس، سلم سوي، تحليل الانصهار عالي الدقة، تعدد أشكال طول شظايا التقييد، تصنيف تسلسل متعدد المواقع، تحليل تكرار عدد المواقع المتغير، وتسلسل الجينوم الكامل (WGS). لكل طريقة مزاياها وعيوبها، والتي يتم مناقشتها بالتفصيل.
تؤكد الخاتمة على تطور الطرق الجينية الجزيئية لأبحاث البروسيلا، مشيرة إلى أن WGS قد برز كالتقنية المفضلة لتوصيف السلالات بسبب دقتها الفائقة وقدرتها على تتبع الأصول الجغرافية وطرق توزيع السلالات. لقد أثبتت WGS أنها أكثر فعالية من تحليل تكرار عدد المواقع المتغير (MLVA) وتعتبر الآن المعيار الذهبي لتصنيف البروسيلا. أصبحت الطريقة أكثر سهولة وفعالية من حيث التكلفة، مما يسهل اعتمادها في بيئات البحث المختلفة، بما في ذلك دراسة ممولة من جمهورية كازاخستان تهدف إلى كشف عوامل الفوعة لعزلات البروسيلا من الماشية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث داء البروسيلا، وهو مرض حيواني شائع يؤثر على الماشية والحياة البرية، خاصة في المناطق النامية من وسط آسيا وحوض البحر الأبيض المتوسط، مع عواقب اقتصادية كبيرة بسبب انخفاض إنتاجية الماشية. يتحمل المرض مسؤولية حوالي 500,000 إصابة بشرية سنويًا، مما يجعله أكثر الأمراض الحيوانية شيوعًا على مستوى العالم. يحدث الانتقال من خلال طرق متنوعة، بما في ذلك الاتصال بالأجنة المجهضة، ومنتجات الألبان غير المبسترة، والهواء. الشكل الحاد يظهر بأعراض مثل الحمى المتقطعة، والتعب، والشعور العام بالمرض، بينما يمكن أن تؤدي الحالات المزمنة إلى مضاعفات خطيرة، بما في ذلك التهاب الشغاف واضطرابات عصبية.
تؤكد الورقة على أهمية تحديد أنواع البروسيلا وفوعتها، وخاصة بروسيلا ميلتينسيس وبروسيلا سوي، في فهم وبائيات المرض وتطوير تدابير فعالة للسيطرة. تسلط الضوء على التحديات في تشخيص وعلاج البروسيلا، خاصة في الماشية، وضرورة استخدام تقنيات تصنيف جزيئية متقدمة لتتبع تفشي المرض ومراقبة الانتقال. تهدف المراجعة إلى تقييم طرق جزيئية متنوعة، بما في ذلك تفاعل البوليميراز المتسلسل المتعدد، وتعدد أشكال طول شظايا التقييد (RFLP)، وتحليل الانصهار عالي الدقة (HRM)، وتصنيف تسلسل متعدد المواقع (MLST)، وتحليل تكرار عدد المواقع المتغير (MLVA)، وتسلسل الجينوم الكامل (WGS)، لتعزيز فهم البروسيلا وتحسين استجابة الصحة العامة.
طرق
تشمل الطرق لتصنيف البروسيلا تقنيات تصنيف جزيئية متنوعة، بما في ذلك سلم بروس، سلم سوي، الانصهار عالي الدقة (HRM)، تعدد أشكال طول شظايا التقييد (RFLP)، تصنيف تسلسل متعدد المواقع (MLST)، تحليل تكرار عدد المواقع المتغير (MLVA)، وتسلسل الجينوم الكامل (WGS-SNP). تستخدم طريقة سلم بروس، الموصى بها من قبل المنظمة العالمية لصحة الحيوان (WOAH)، ثمانية أزواج من البرايمر في تفاعل PCR واحد، مما يسمح بالتفريق السريع والفعال من حيث التكلفة بين الحيوانات المصابة والمطعمة. تميز هذه الطريقة بفعالية بين أنواع البروسيلا المختلفة وسلالاتها اللقاحية، مع تقدم تم إحرازه في عام 2011 لتعزيز قدرتها التمييزية.
تم تأسيس MLVA كالمعيار الذهبي لتصنيف البروسيلا منذ عام 2003، حيث تعمل بطريقة مشابهة لبصمة الأصابع من خلال السماح بالمراقبة الوبائية ومقارنة السلالات من خلال قاعدة بيانات متاحة للجمهور. أظهرت الدراسات الحديثة فعالية طرق MLVA-15، حيث أظهر اختبار MLVA-15 من جامعة شمال شرق الزراعة (NAU) اكتشاف أليل أكبر وتنوع مقارنة بطريقة MLVA-15 من معهد الوراثة الجزيئية (IGM)، على الرغم من تكلفته الأعلى. بالإضافة إلى ذلك، سهل دمج تسلسل الجيل التالي الانتقال من MLVA التقليدي إلى WGS-SNP، الذي يقدم دقة أعلى في تحديد التغيرات الجينية بين السلالات. على سبيل المثال، كشفت الأبحاث حول سلالات B. melitensis عن سلالات محلية متميزة قد تسهم في حدوث داء البروسيلا البشري، مما يبرز أهمية طرق التصنيف المتقدمة في فهم وبائيات البروسيلا.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على التعقيدات المحيطة بجنس البروسيلا، العامل المسبب لداء البروسيلا، مع التركيز على تنوعه الظاهري والجيني. تتكون البروسيلا من 14 نوعًا، كل منها يظهر سمات كيميائية حيوية مميزة وتفضيلات مضيف، حيث تعتبر B. melitensis شديدة الفوعة وتتحمل مسؤولية معظم الإصابات البشرية. تؤكد الورقة على أهمية التعرف الدقيق والتفريق بين أنواع البروسيلا والبيوفار من خلال طرق متنوعة، بما في ذلك الاختبارات الظاهرية، وتحليل الانصهار عالي الدقة (HRM)، وتقنيات جزيئية مثل تصنيف تسلسل متعدد المواقع (MLST) وتسلسل الجينوم الكامل (WGS). تعزز هذه الطرق فهم وبائيات داء البروسيلا، كاشفة كيف ينتشر المرض من خلال تجارة الماشية والعدوى المتبادلة بين مضيفي الحيوانات.
يدعو المؤلفون إلى تحسين المراقبة وتدابير السيطرة لمكافحة داء البروسيلا، مؤكدين على الحاجة إلى جهود منسقة بين قطاعات الصحة والزراعة. يبرزون دور التقنيات الجينية الجزيئية، وخاصة WGS، في تتبع الأصول الجغرافية للسلالات وفهم ديناميات انتقالها. على الرغم من مزايا WGS، بما في ذلك الدقة العالية والنتائج السريعة، يعترف المؤلفون بحدودها، مثل التكلفة والوصول. تختتم المناقشة بدعوة لدمج الطرق الجزيئية المتقدمة في الممارسات التشخيصية التقليدية لتعزيز الكشف وإدارة داء البروسيلا، بهدف تقليل تأثيره على الصحة العامة وإنتاجية الماشية.
DOI: https://doi.org/10.14202/vetworld.2024.1778-1788
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39328439
Publication Date: 2024-08-01
Author(s): Аida Daugaliyeva et al.
Primary Topic: Brucella: diagnosis, epidemiology, treatment
Overview
Brucellosis is a significant infectious disease affecting both animals and humans, leading to considerable economic losses and health risks. Accurate and timely diagnosis is crucial for effective management of the disease. This review highlights various molecular methods for diagnosing and typing Brucella, including Bruce-ladder, Suiladder, high-resolution melt analysis, restriction fragment length polymorphism, multilocus sequence typing, multilocus variable-number tandem repeat analysis, and whole-genome sequencing (WGS). Each method has its own advantages and disadvantages, which are discussed in detail.
The conclusion emphasizes the evolution of molecular genetic methods for Brucella research, noting that WGS has emerged as the preferred technique for strain characterization due to its superior resolution and ability to trace geographical origins and distribution routes of strains. WGS has proven to be more effective than multilocus variable-number tandem repeat analysis (MLVA) and is now considered the gold standard for Brucella genotyping. The method has become more accessible and cost-effective, facilitating its adoption in various research settings, including a study funded by the Republic of Kazakhstan aimed at uncovering virulence factors of Brucella isolates from livestock.
Introduction
The introduction of the research paper discusses brucellosis, a prevalent zoonotic disease affecting livestock and wildlife, particularly in developing regions of Central Asia and the Mediterranean Basin, with significant economic repercussions due to reduced livestock productivity. The disease is responsible for approximately 500,000 human infections annually, making it the most common zoonotic disease globally. Transmission occurs through various routes, including contact with aborted fetuses, unpasteurized dairy products, and aerosols. The acute form presents with symptoms such as undulating fever, fatigue, and general malaise, while chronic cases can lead to severe complications, including endocarditis and neurological disorders.
The paper emphasizes the importance of identifying Brucella species and their virulence, particularly Brucella melitensis and Brucella suis, in understanding the disease’s epidemiology and developing effective control measures. It highlights the challenges in diagnosing and treating brucellosis, especially in livestock, and the necessity for advanced molecular typing techniques to trace outbreaks and monitor transmission. The review aims to evaluate various molecular methods, including multiplex PCR, restriction fragment length polymorphism (RFLP), high-resolution melting analysis (HRM), multilocus sequence typing (MLST), multiple locus variable-number tandem repeat analysis (MLVA), and whole-genome sequencing (WGS), to enhance the understanding of Brucella and improve public health responses.
Methods
The methods for genotyping Brucella encompass various molecular typing techniques, including Bruce-ladder, Suis-ladder, High-Resolution Melting (HRM), Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP), Multi-Locus Sequence Typing (MLST), Multi-Locus Variable-number tandem repeat Analysis (MLVA), and Whole Genome Sequencing Single-Nucleotide Polymorphism (WGS-SNP). The Bruce-ladder method, recommended by the World Organisation for Animal Health (WOAH), utilizes eight primer pairs in a single PCR reaction, allowing for rapid and cost-effective differentiation between infected and vaccinated animals. This method effectively distinguishes between various Brucella species and their vaccine strains, with advancements made in 2011 enhancing its discriminatory power.
MLVA has been established as the gold standard for Brucella typing since 2003, functioning similarly to fingerprinting by allowing epidemiological monitoring and comparison of strains through a publicly available database. Recent studies have demonstrated the effectiveness of MLVA-15 methods, with the MLVA-15 Northeast Agricultural University (NAU) assay showing greater allele detection and diversity compared to the MLVA-15 Institute of Molecular Genetics (IGM) method, albeit at a higher cost. Additionally, the integration of next-generation sequencing has facilitated a transition from classical MLVA to WGS-SNP, which offers superior resolution in identifying genetic variations among strains. For instance, research on B. melitensis strains revealed distinct local lineages that may contribute to the incidence of human brucellosis, underscoring the importance of advanced genotyping methods in understanding Brucella epidemiology.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the complexities surrounding the Brucella genus, the causative agent of brucellosis, emphasizing its phenotypic and genotypic diversity. Brucella comprises 14 species, each exhibiting distinct biochemical traits and host preferences, with B. melitensis being particularly virulent and responsible for most human infections. The paper underscores the importance of accurate identification and differentiation of Brucella species and biovars through various methods, including phenotypic tests, high-resolution melting (HRM) analysis, and molecular techniques such as multilocus sequence typing (MLST) and whole-genome sequencing (WGS). These methods enhance understanding of the epidemiology of brucellosis, revealing how the disease spreads through livestock trade and cross-infection among animal hosts.
The authors advocate for improved surveillance and control measures to combat brucellosis, stressing the need for coordinated efforts among health and agricultural sectors. They highlight the role of molecular genetic techniques, particularly WGS, in tracing the geographic origins of strains and understanding their transmission dynamics. Despite the advantages of WGS, including high resolution and rapid results, the authors acknowledge its limitations, such as cost and accessibility. The discussion concludes with a call for integrating advanced molecular methods into conventional diagnostic practices to enhance the detection and management of brucellosis, ultimately aiming to reduce its impact on public health and livestock productivity.