DOI: https://doi.org/10.3389/fvets.2025.1548892
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40420952
تاريخ النشر: 2025-05-12
المؤلف: Laurianne Voland وآخرون
الموضوع الرئيسي: صحة الحيوان وعلم المناعة
نظرة عامة
تدرس الدراسة تأثير فترات الاتصال المختلفة بين الأبقار والعجول على تطوير الميكروبات المعوية وصحة العجول بشكل عام. تم تحليل ثلاث مجموعات من أزواج الأبقار والعجول من سلالة هولشتاين ومونبليارد: الفصل الفوري عند الولادة (التحكم)، الفصل عند الفطام (الأم)، ومجموعة مختلطة مع أسابيع من الاتصال قبل الفصل. استخدمت الأبحاث طرق الميتاكسونوميك لمراقبة استعمار الميكروبات في الكرش عند عدة فترات عمرية وتقييم النتائج الصحية مثل وزن الجسم، والإسهال، وأمراض الجهاز التنفسي، وتركيزات IgG في المصل.
كشفت النتائج أن الحفاظ على الاتصال بين الأبقار والعجول حتى الفطام أدى إلى انخفاض في حدوث أمراض الجهاز التنفسي وزيادة في متوسط الزيادة اليومية في العجول. بينما لم تُلاحظ اختلافات كبيرة في الإسهال أو مستويات IgG عبر المجموعات، أشار التحليل الميتاكسونومي إلى مسارات تطوير متميزة في مجتمعات البكتيريا في الكرش، حيث أظهرت المجموعة المختلطة انتقالًا ميكروبيًا مواتيًا تأثر بوجود الأم. ومع ذلك، أظهرت مجموعة الأم اكتشافًا أعلى للجراثيم المحتملة في وقت لاحق من الحياة. تستنتج الدراسة أن أربعة أسابيع من الاتصال بين الأبقار والعجول كافية لتأسيس ميكروبات كرش متنوعة وقابلة للحماية، على الرغم من الحاجة إلى مزيد من الأبحاث مع أحجام عينات أكبر وفترات تقييم ممتدة لتحسين الترابط بعد الولادة من أجل تحسين النتائج الصحية والرفاهية.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية الممارسة الشائعة لفصل العجول عن أمهاتها مبكرًا في المزارع الأوروبية، والتي تحفزها بشكل أساسي عوامل مثل تحسين كفاءة الحلب، وزيادة مبيعات الحليب، وتقليل تكاليف العمالة. بينما قد يقلل الفصل المبكر من التوتر أثناء الفطام ويعزز تفاعل العجول مع البشر، فإنه يثير مخاوف بشأن التأثيرات السلبية المحتملة على صحة العجول، لا سيما فيما يتعلق بالاضطرابات الهضمية والنمو. أدت الجدل المتزايد حول هذه الممارسة إلى استكشاف أنظمة تربية بديلة، لا سيما أنظمة الاتصال بين الأبقار والعجول (CCC)، التي تسمح بتفاعل محدود بين الأبقار والعجول. تهدف هذه الأنظمة إلى تحقيق توازن بين رفاهية الحيوان والاعتبارات الاقتصادية من خلال تعزيز الترابط وتسهيل اكتساب الميكروبات المعوية المفيدة.
تسلط الورقة الضوء على أهمية الاتصال بالأم في تشكيل ميكروبات الكرش للعجول، مشيرة إلى أن التفاعل المطول مع الأم يمكن أن يؤدي إلى استعمار ميكروبي أكثر تدريجية وتنوعًا، وهو أمر حاسم لصحة العجول. تشير الأدلة إلى أن العجول التي تربت مع اتصال بالأم أو البالغين تظهر تنوعًا ونضجًا أكبر في الميكروبات، مما يتوافق مع تحسين النتائج الصحية. يقترح المؤلفون أن فترة CCC لمدة 4 أسابيع يمكن أن تعزز بشكل فعال تنوع الميكروبات ورفاهية العجول، مع تقليل الآثار السلبية على إنتاج الحليب. تهدف الدراسة إلى التحقيق في استعمار الميكروبات في الكرش عبر أنظمة الإدارة المختلفة وعلاقتها بالنمو ومعايير الصحة حتى 5 أشهر من العمر.
طرق البحث
أُجريت الدراسة في مزرعة هيربيبول التجريبية التابعة للمعهد الوطني الفرنسي للزراعة والغذاء والبيئة (INRAE) في مارسينات، فرنسا، من 12 فبراير إلى 1 أغسطس 2019. شملت 42 بقرة حلوب (21 هولشتاين و21 مونبليارد) وعجولها، التي تم تخصيصها لثلاث مجموعات تجريبية: التحكم، الأم، والمختلطة. كانت الأبقار housed في حظيرة ذات حظائر حرة مع وصول غير محدود إلى علف مختلط وتم حلبها مرتين يوميًا. تم فصل عجول مجموعة التحكم عن أمهاتها خلال 6 ساعات من الولادة، بينما بقيت مجموعة الأم مع أمهاتها حتى الفطام. تم تربية المجموعة المختلطة مع أمهاتها حتى حوالي 4 أسابيع من العمر قبل الانتقال إلى نمط إدارة مشابه لمجموعة التحكم.
تلقى العجول كولستروم عالي الجودة فور الولادة، حيث حصلت مجموعة التحكم على 2 لتر بينما حصلت مجموعة الأم على الكولستروم مباشرة من أمهاتها. بعد الإيواء الأولي في أقفاص فردية، تم نقل جميع المجموعات إلى أقفاص جماعية مغطاة بالقش. تم مراقبة صحة العجول، وتم تسجيل أوزانها أسبوعيًا حتى 14 أسبوعًا من العمر لحساب متوسط الزيادة اليومية (ADG) باستخدام الصيغة:
\[
ADG_i = \frac{\text{وزن الأسبوع } i – \text{وزن الولادة}}{\text{تاريخ الأسبوع } i – \text{تاريخ الولادة}} \text{ (كجم/يوم)}
\]
حيث \(i\) يتوافق مع أسابيع 3 و10 و14. كانت أوزان الولادة المتوسطة متشابهة عبر المجموعات، مع عدم وجود اختلافات كبيرة ملحوظة. كانت الدراسة تهدف إلى تقييم تأثير ممارسات التربية المختلفة على صحة العجول ونموها.
النتائج
في قسم النتائج من الدراسة، تم الحصول على إجمالي 4,486,397 قراءة عالية الجودة بعد التصفية وإزالة الضوضاء باستخدام DADA2 في QIIME2، مع تحديد 2,006 متغيرات تسلسل الأمبليكون (ASVs) عبر 99 عينة. تم تضمين العينات التي تحتوي على أكثر من 15,000 قراءة فقط، مما أدى إلى استبعاد عينة واحدة من مجموعة العجول المختلطة، مما أسفر عن سبع وحدات بيولوجية للتحليل. القراءات التسلسلية متاحة في أرشيف قراءة التسلسل NCBI تحت BioProject PRJNA 1,183,330.
وجدت الدراسة أن أداء الحيوان وحالة الصحة تأثرت بشكل معتدل فقط بإدارة التربية. عند 10 أسابيع، كانت أوزان عجول مجموعة الأم أكبر بشكل ملحوظ (107.4 ± 7.23 كجم) مقارنة بمجموعة التحكم (92.2 ± 17.5 كجم)، مع وجود فرق ملحوظ في متوسط الزيادة اليومية (ADG) مستمر حتى الأسبوع 14. كانت تركيزات الغلوبولين المناعي G (IgG) متشابهة عبر المجموعات، مع عدم وجود تفاعل زمني-مجموعة كبير. على الرغم من عدم كونها ذات دلالة إحصائية، أظهرت مجموعة التحكم حدوثًا أعلى للإسهال (22.3%) مقارنة بمجموعة الأم (18.3%) ومجموعة المختلطة (14.4%). على العكس، كانت مجموعة الأم لديها حدوث أقل بشكل ملحوظ من اضطرابات الجهاز التنفسي (5.56%) مقارنة بالمجموعات الأخرى (P < 0.05). بالإضافة إلى ذلك، زادت تركيزات الأحماض الدهنية المتطايرة الكلية (VFA) عبر جميع المجموعات من 3 إلى 13 أسبوعًا، حيث أظهرت مجموعة المختلطة تركيزًا أعلى من الأحماض الدهنية المتطايرة الكلية (P < 0.001) ونسبة أقل من البروبيونات عند 10 أسابيع، بينما كانت مجموعة الأم لديها نسبة أعلى بشكل ملحوظ من البروبيونات عند 13 أسبوعًا (P < 0.001).
المناقشة
تحققت الدراسة في تأثيرات ممارسات فصل الأمهات المختلفة على صحة واستعمار الميكروبات في الكرش للعجول. أشارت التقييمات الصحية اليومية إلى أن العجول في مجموعة الأم، التي بقيت مع أمهاتها حتى الفطام، أظهرت حدوثًا أقل من أمراض الجهاز التنفسي وزيادة أعلى في متوسط الزيادة اليومية (ADG) مقارنة بتلك الموجودة في المجموعات المختلطة والتحكم. من الجدير بالذكر أن وجود الأم سهل استعمار الكرش بالبروتوزوا مبكرًا، حيث أظهرت المجموعة المختلطة أعلى عدد عند 10 أسابيع من العمر. على النقيض، لم يكن لدى عجول مجموعة التحكم أي بروتوزوا عند 3 أسابيع وأظهرت مقاييس تنوع ميكروبي أقل طوال الدراسة. تشير النتائج إلى أن الاتصال بالأم يؤثر بشكل كبير على كل من النتائج الصحية وبنية المجتمع الميكروبي في العجول.
بالإضافة إلى ذلك، سلطت الدراسة الضوء على وجود مسببات الأمراض الانتهازية في كرش العجول التي تم فصلها عند الولادة، بينما كشفت مراحل الحياة اللاحقة عن سلالات مرضية مختلفة في العجول التي بقيت مع أمهاتها. على الرغم من التوقعات بتحسين معدلات النمو بسبب زيادة استهلاك الحليب في مجموعة الأم، قد يكون توتر مجموعة المختلطة الناتج عن الفصل قد خفف من هذه الفوائد. أشارت تركيزات IgG المتسقة عبر المجموعات إلى نقل مناعي سلبي موحد، والذي ارتبط بغياب اختلافات كبيرة في أعراض الإسهال. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية ممارسات التربية، لا سيما الاتصال بالأم، في تشكيل صحة العجول وديناميات استعمار الميكروبات.
DOI: https://doi.org/10.3389/fvets.2025.1548892
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40420952
Publication Date: 2025-05-12
Author(s): Laurianne Voland et al.
Primary Topic: Animal health and immunology
Overview
The study investigates the impact of varying durations of cow-calf contact on the development of ruminal microbiota and overall calf health. Three groups of Holstein and Montbéliarde cow-calf pairs were analyzed: immediate separation at birth (Control), separation at weaning (Dam), and a mixed group with weeks of contact before separation. The research utilized metataxonomic methods to monitor rumen microbial colonization at several age intervals and assessed health outcomes such as body weight, diarrhea, respiratory disease, and serum IgG concentrations.
Findings revealed that maintaining cow-calf contact until weaning resulted in lower respiratory disease incidence and increased average daily gain in calves. While no significant differences were noted in diarrhea or IgG levels across groups, the metataxonomic analysis indicated distinct developmental pathways in rumen bacterial communities, with the Mixed group showing a favorable microbial transfer influenced by maternal presence. However, the Dam group exhibited a higher detection of potential pathogens later in life. The study concludes that four weeks of cow-calf contact is adequate for establishing a diverse and potentially protective rumen microbiota, although further research with larger sample sizes and extended evaluation periods is necessary to optimize postpartum bonding for improved health and welfare outcomes.
Introduction
The introduction of this research paper discusses the common practice of early separation of dairy calves from their mothers on European farms, which is primarily motivated by factors such as improved milking efficiency, increased milk sales, and reduced labor costs. While early separation may reduce stress during weaning and enhance calf socialization with humans, it raises concerns regarding potential negative impacts on calf health, particularly in relation to digestive disorders and growth. The growing controversy surrounding this practice has led to the exploration of alternative rearing systems, notably Cow-Calf Contact (CCC) systems, which allow for limited interaction between cows and calves. These systems aim to balance animal welfare with economic considerations by promoting bonding and facilitating the acquisition of beneficial gut microbiota.
The paper highlights the significance of maternal contact in shaping the rumen microbiota of calves, noting that prolonged interaction with the dam can lead to a more gradual and diverse microbial colonization, which is crucial for calf health. Evidence suggests that calves raised with maternal or adult contact exhibit greater microbiota diversity and maturity, which correlates with improved health outcomes. The authors propose that a 4-week CCC period could effectively enhance microbial diversity and calf welfare, while minimizing adverse effects on milk production. The study aims to investigate the rumen microbial colonization across different management systems and its relationship with growth and health parameters up to 5 months of age.
Methods
The study was conducted at the Herbipôle experimental farm of the French National Institute for Agriculture, Food and the Environment (INRAE) in Marcenat, France, from February 12 to August 1, 2019. It involved 42 lactating dairy cows (21 Holstein and 21 Montbeliarde) and their calves, which were assigned to three experimental groups: Control, Dam, and Mixed. The cows were housed in a free-stall barn with ad libitum access to a mixed ration and were milked twice daily. The Control group calves were separated from their dams within 6 hours of birth, while the Dam group remained with their dams until weaning. The Mixed group was reared with their dams until approximately 4 weeks of age before being transitioned to a management style similar to the Control group.
Calves received high-quality colostrum immediately after birth, with the Control group receiving 2 liters and the Dam group receiving colostrum directly from their dams. After initial housing in individual pens, all groups were moved to collective straw-bedded pens. The calves’ health was monitored, and their weights were recorded weekly until 14 weeks of age to calculate Average Daily Gain (ADG) using the formula:
\[
ADG_i = \frac{\text{Weight week } i – \text{Birth Weight}}{\text{Date week } i – \text{Birth Date}} \text{ (kg/day)}
\]
where \(i\) corresponds to the weeks of 3, 10, and 14. The mean birth weights were similar across groups, with no significant differences noted. The study aimed to assess the impact of different rearing practices on calf health and growth.
Results
In the results section of the study, a total of 4,486,397 high-quality reads were obtained after filtering and denoising using DADA2 in QIIME2, with 2,006 Amplicon Sequence Variants (ASVs) identified across 99 samples. Only samples with more than 15,000 reads were included, leading to the exclusion of one sample from the Mixed calves group, resulting in seven biological units for analysis. The sequence reads are accessible in the NCBI Sequence Read Archive under BioProject PRJNA 1,183,330.
The study found that animal performance and health status were only moderately affected by rearing management. At 10 weeks, Dam calves had significantly greater body weights (107.4 ± 7.23 kg) compared to the control group (92.2 ± 17.5 kg), with a notable difference in average daily gain (ADG) persisting until week 14. Immunoglobulin G (IgG) concentrations were similar across groups, with no significant time-group interaction. Although not statistically significant, the Control group exhibited a higher incidence of diarrhea (22.3%) compared to the Dam (18.3%) and Mixed (14.4%) groups. Conversely, the Dam group had a significantly lower incidence of respiratory disorders (5.56%) than the other groups (P < 0.05). Additionally, total volatile fatty acid (VFA) concentrations increased across all groups from 3 to 13 weeks, with the Mixed cohort showing a higher total VFA concentration (P < 0.001) and a lower proportion of propionate at 10 weeks, while the Dam group had a significantly higher proportion of propionate at 13 weeks (P < 0.001).
Discussion
The study investigated the effects of different maternal separation practices on the health and rumen microbial colonization of calves. Daily health assessments indicated that calves in the Dam group, which remained with their mothers until weaning, exhibited a lower incidence of respiratory diseases and higher average daily gain (ADG) compared to those in the Mixed and Control groups. Notably, the presence of the dam facilitated early colonization of the rumen by protozoa, with the Mixed group showing the highest counts at 10 weeks of age. In contrast, Control calves had no protozoa at 3 weeks and displayed lower microbial diversity metrics throughout the study. The findings suggest that maternal contact significantly influences both health outcomes and microbial community structure in calves.
Additionally, the study highlighted the presence of opportunistic pathogens in the rumen of calves separated at birth, while later life stages revealed different pathogenic strains in calves that remained with their mothers. Despite expectations of improved growth rates due to increased milk consumption in the Dam group, the Mixed group’s stress from separation may have mitigated these benefits. The consistent IgG concentrations across groups indicated uniform passive immunity transfer, which correlated with the absence of significant differences in diarrhea symptoms. Overall, the results underscore the importance of rearing practices, particularly maternal contact, in shaping calf health and microbial colonization dynamics.