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在奶牛养殖中，牛呼吸道疾病（BRD）严重影响牛群健康和经济效益。研究人员采集美五地约 400 份犊牛鼻腔样本，对比健康与患 BRD 犊牛鼻腔微生物组及致病菌丰度。结果显示农场对微生物组影响更大，仅加州患 BRD 犊牛的曼氏溶血杆菌丰度有差异。该研究为 BRD 研究提供新视角。
在奶牛养殖的世界里，牛呼吸道疾病（Bovine Respiratory Disease，BRD）就像一个顽固的 “恶魔”，给养殖户带来了巨大的困扰。它不仅严重威胁奶牛的健康，导致大量的经济损失，还让疾病的诊断和治疗充满挑战。目前，BRD 的诊断主要依赖观察临床症状，但这种方法的敏感性和特异性都不高，容易出现误诊。而且，虽然一些细菌被认为与 BRD 有关，但它们在健康和患病动物中都存在，其作为共生菌或致病菌的界限并不清晰。此外，地理因素和农场管理等对奶牛呼吸道微生物组的影响也尚不明确。为了解开这些谜团，来自普渡大学（Purdue University）等机构的研究人员开展了一项重要研究，相关成果发表在《Animal Microbiome》上。
研究人员为了深入了解 BRD，从美国加利福尼亚州（CA）、印第安纳州（IN）、纽约州（NY）和得克萨斯州（TX）的五个不同奶牛场，采集了约 400 份犊牛的鼻腔拭子样本，其中包括约 200 份健康犊牛和 200 份 BRD 患病犊牛的样本。通过多种关键技术方法，对样本进行了全面分析。主要技术方法有：首先对样本进行 DNA 提取，构建 16S rRNA 基因文库，利用 Illumina MiSeq 测序技术获取序列数据；然后使用 Quantitative Insight Into Microbial Ecology（QIIME2）软件进行生物信息学分析，计算微生物群落的多样性指标；最后通过 qPCR 技术对 BRD 相关的致病共生菌进行定量分析 。
下面来看看研究结果：
- 奶牛犊鼻腔微生物组分类组成：研究发现，不同农场和健康状态下，奶牛犊鼻腔微生物组中最普遍的分类群有所不同。优势菌门为变形菌门（Proteobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes），优势菌科为莫拉克斯菌科（Moraxellaceae）和巴斯德菌科（Pasteurellaceae），优势菌属包括嗜冷杆菌属（Psychrobacter）、莫拉克斯菌属（Moraxella）等。一些菌属的相对丰度在健康和患病组之间存在差异，如嗜冷杆菌属在健康组中的相对丰度更高，而莫拉克斯菌属和巴斯德菌属的相对丰度则因农场而异12。
- 犊牛鼻腔中差异丰富的分类群：通过 ANCOMBC 分析，研究人员发现，总体上，BRD 患病犊牛的乳酸杆菌属（Lactobacillus）的一个 ASV 丰度显著更高，嗜冷杆菌属的一个 ASV 丰度显著更低。在不同农场中，IN 农场的 BRD 患病犊牛中，嗜冷杆菌属和不动杆菌属（Acinetobacter）的 ASV 丰度显著低于健康组；NY 农场的 BRD 患病犊牛中，有 13 个不同的 ASV 丰度显著增加34。
- 奶牛犊鼻腔中 BRD 病原体的相对丰度：研究人员对样本中四种 BRD 致病共生菌和其他相关细菌属的相对丰度进行了评估。结果显示，不同农场中这些细菌的相对丰度存在差异。例如，Biberstenia trehalosi 在 TX 农场的健康动物中相对丰度较高，而在其他农场和疾病状态下相对丰度较低；H. somni 在 TX 农场的 BRD 患病动物中相对丰度较高5。
- 奶牛犊鼻腔微生物组的 α 多样性：研究表明，BRD 患病动物的鼻腔微生物组 α 多样性低于健康组，这意味着健康动物的鼻腔微生物群落更为丰富和均匀。不过，这种差异在不同农场中并不一致，IN 和 NY 农场的差异较为显著，而 CA 和 TX 农场则无明显差异6。
- 奶牛犊鼻腔微生物组的 β 多样性：分析鼻腔微生物群落结构发现，疾病状态对其影响不显著，但农场因素影响较大。CA 农场的样本与其他农场的样本在微生物群落结构上存在明显差异7。
- 犊牛鼻腔中 BRD 致病共生菌的流行率和定量：通过 qPCR 对四种 BRD 致病共生菌进行定量分析，发现 H. somni 是最普遍的致病共生菌，其次是 P. multocida 和 M. haemolytica，M. bovis 的流行率最低。在不同农场和疾病状态下，这些致病共生菌的流行率和丰度存在差异，仅 CA 农场的 M. haemolytica 在 BRD 患病动物和健康动物中的丰度有显著差异89。
- P. multocida 和 M haemolytica 致病血清型的流行率和定量：对 IN 和 NY 农场的样本进行分析后发现，M. haemolytica 和 P. multocida 致病血清型的丰度和流行率在健康和 BRD 患病犊牛之间没有显著差异1011。
研究结论和讨论部分意义重大。该研究全面地描述了健康和患 BRD 奶牛犊的鼻腔微生物组群落组成，发现农场因素在决定微生物组群落方面比疾病状态起着更重要的作用。虽然之前的研究认为鼻腔微生物组可能有助于 BRD 的诊断，但该研究表明，BRD 的发展并不能通过鼻腔中致病共生菌的增加或鼻腔微生物组的整体破坏来指示。不过，该研究也存在一定的局限性，比如样本采集方法可能无法完全代表肺部微生物组，研究仅关注细菌而忽略了病毒和真菌等。但总体而言，这项研究为 BRD 领域，尤其是奶牛养殖行业，提供了宝贵的信息，有助于进一步理解奶牛呼吸道微生物组与 BRD 之间的关系，为未来开发更有效的 BRD 诊断和防治方法奠定了基础。
