牛足部疾病的微生物“指纹”：16S rRNA基因测序和qPCR技术揭示牛足腐烂和数字皮炎的细菌特征

《BMC Microbiology》：Profiling bacterial communities in feedlot cattle affected with bovine foot rot and bovine digital dermatitis lesions using 16S rRNA gene sequencing and quantitative real-time PCR

本研究聚焦于牛足腐烂（Bovine Foot Rot, BFR）和牛数字皮炎（Bovine Digital Dermatitis, BDD）的病原学，通过16S rRNA基因测序和qPCR技术分析了不同病变阶段的细菌群落特征，揭示了Fusobacterium spp.和Treponema spp.在两种疾病中的差异性分布，为精准诊断和治疗提供了新的思路。

　　牛足部疾病是畜牧业中常见的问题，尤其是牛足腐烂（Bovine Foot Rot, BFR）和牛数字皮炎（Bovine Digital Dermatitis, BDD），给养殖户带来了巨大的经济损失。这两种疾病通常被认为是多细菌感染引起的，但具体的病原体及其在疾病中的作用尚未完全明确。加拿大卡尔加里大学的研究人员开展了一项研究，利用16S rRNA基因测序和定量实时PCR（qPCR）技术，分析了BFR和BDD病变组织中的细菌群落结构。研究发现，健康皮肤与病变皮肤的细菌组成存在显著差异，且BFR和BDD不同病变阶段的细菌群落也有所不同。特别是Treponema spp.在BDD中的丰度显著高于BFR，而Fusobacterium spp.在BFR中的丰度较高。这些发现不仅为理解这两种疾病的病原学提供了新的视角，也为开发针对性的预防和治疗策略奠定了基础。该研究结果发表在《BMC Microbiology》上，为兽医学和畜牧生产领域带来了重要的启示。

牛足部疾病一直是困扰畜牧业的难题，其中牛足腐烂（Bovine Foot Rot, BFR）和牛数字皮炎（Bovine Digital Dermatitis, BDD）尤为常见。BFR主要影响牛的趾间皮肤和皮下组织，表现为趾间肿胀，而BDD则是一种以急性炎症为特征的足部皮肤疾病，病变可扩展至蹄底。尽管这两种疾病对牛的健康和生产性能影响显著，但其病因学尚未完全明确。传统研究多依赖于细菌培养方法，但这种方法存在一定的局限性，无法全面揭示病变中的细菌群落结构。近年来，随着分子生物学技术的发展，16S rRNA基因测序和qPCR技术为研究复杂微生物群落提供了新的手段。加拿大卡尔加里大学的研究人员利用这些技术，对BFR和BDD病变组织中的细菌群落进行了深入分析。

研究团队从加拿大阿尔伯塔省的7个饲料场收集了101份皮肤活检样本，包括健康牛、BFR牛、BDD-M2（急性溃疡期）牛、BDD-M4（慢性增生期）牛以及病变不明确的牛。通过对这些样本进行16S rRNA基因（V3-V4区域）测序和qPCR分析，研究人员发现健康皮肤与病变皮肤的细菌组成存在显著差异。具体来说，健康皮肤的细菌多样性高于病变皮肤，而BFR和BDD病变皮肤中Fusobacterium spp.和Treponema spp.的丰度显著增加。此外，BDD-M2和BDD-M4阶段的细菌群落结构也有所不同，其中Treponema spp.在BDD-M2中的丰度约为BDD-M4的两倍，而Treponema medium在BDD-M4中的丰度显著高于BDD-M2。

在qPCR分析中，研究人员检测了7种特定细菌，包括Fusobacterium necrophorum、Fusobacterium mortiferum、Bacteroides pyogenes、Porphyromonas levii、Treponema medium、Treponema phagedenis和Treponema pedis。结果显示，P. levii在所有动物群体中均为最丰富的细菌，但在BDD-M4组中与健康组相比差异显著。F. necrophorum在所有病变组中均比健康牛更丰富，且在BFR组中的丰度显著高于BDD-M2。F. mortiferum在BDD-M2和BDD-M4中的丰度显著高于不明确组。B. pyogenes在BFR和BDD-M2中的丰度显著高于健康牛，且在BDD-M2中高于BDD-M4。T. medium在BDD-M4中的丰度显著高于所有其他组，而T. phagedenis在BDD-M2和BDD-M4中的丰度显著高于其他组。

这些结果表明，BFR和BDD的病变具有多细菌参与的特征，且不同病变阶段的细菌群落结构存在显著差异。尽管Fusobacterium spp.在BFR和BDD中均有出现，但其在两种疾病中的丰度和作用可能有所不同。Treponema spp.在BDD中的高丰度进一步证实了其在BDD发病机制中的潜在作用。这些发现为开发基于微生物群落特征的诊断工具和治疗策略提供了重要的依据。

研究团队采用的主要技术方法包括16S rRNA基因测序和qPCR。16S rRNA基因测序通过对样本中的16S rRNA基因（V3-V4区域）进行扩增子测序，分析了细菌群落的组成和多样性。qPCR则用于定量检测特定细菌的丰度，通过设计特异性引物和探针，对7种已知与BFR和BDD相关的细菌进行了绝对定量分析。样本来源于加拿大阿尔伯塔省的7个饲料场，涵盖了健康牛和不同病变阶段的牛。

研究背景与意义

牛足部疾病是畜牧业中常见的问题，尤其是牛足腐烂（Bovine Foot Rot, BFR）和牛数字皮炎（Bovine Digital Dermatitis, BDD），给养殖户带来了巨大的经济损失。BFR主要影响牛的趾间皮肤和皮下组织，表现为趾间肿胀，而BDD则是一种以急性炎症为特征的足部皮肤疾病，病变可扩展至蹄底。尽管这两种疾病对牛的健康和生产性能影响显著，但其病因学尚未完全明确。传统研究多依赖于细菌培养方法，但这种方法存在一定的局限性，无法全面揭示病变中的细菌群落结构。近年来，随着分子生物学技术的发展，16S rRNA基因测序和qPCR技术为研究复杂微生物群落提供了新的手段。

研究方法

加拿大卡尔加里大学的研究人员从加拿大阿尔伯塔省的7个饲料场收集了101份皮肤活检样本，包括健康牛、BFR牛、BDD-M2（急性溃疡期）牛、BDD-M4（慢性增生期）牛以及病变不明确的牛。通过对这些样本进行16S rRNA基因（V3-V4区域）测序和qPCR分析，研究人员发现健康皮肤与病变皮肤的细菌组成存在显著差异。

研究结果

• 细菌群落结构分析：16S rRNA基因测序结果显示，健康皮肤的细菌多样性高于病变皮肤，而BFR和BDD病变皮肤中Fusobacterium spp.和Treponema spp.的丰度显著增加。此外，BDD-M2和BDD-M4阶段的细菌群落结构也有所不同，其中Treponema spp.在BDD-M2中的丰度约为BDD-M4的两倍，而Treponema medium在BDD-M4中的丰度显著高于BDD-M2。
• 特定细菌的定量分析：qPCR分析检测了7种特定细菌，包括Fusobacterium necrophorum、Fusobacterium mortiferum、Bacteroides pyogenes、Porphyromonas levii、Treponema medium、Treponema phagedenis和Treponema pedis。结果显示，P. levii在所有动物群体中均为最丰富的细菌，但在BDD-M4组中与健康组相比差异显著。F. necrophorum在所有病变组中均比健康牛更丰富，且在BFR组中的丰度显著高于BDD-M2。F. mortiferum在BDD-M2和BDD-M4中的丰度显著高于不明确组。B. pyogenes在BFR和BDD-M2中的丰度显著高于健康牛，且在BDD-M2中高于BDD-M4。T. medium在BDD-M4中的丰度显著高于所有其他组，而T. phagedenis在BDD-M2和BDD-M4中的丰度显著高于其他组。

研究结论与讨论

研究结果表明，BFR和BDD的病变具有多细菌参与的特征，且不同病变阶段的细菌群落结构存在显著差异。尽管Fusobacterium spp.在BFR和BDD中均有出现，但其在两种疾病中的丰度和作用可能有所不同。Treponema spp.在BDD中的高丰度进一步证实了其在BDD