Genetic Diversity, Population Structure, and Intra-Host Variation of Mycobacterium avium subsp. hominissuis in Fattening Pigs

في الزوايا الهادئة من العالم الطبيعي، تعيش بكتيريا مجهرية في التربة والمياه والغبار الذي يحيط بنا. معظم هذه الكائنات غير ضارة، لكن القليل منها يمكن أن يسبب المشاك في حال وجدت طريقها إلى أجسام الحيوانات أو البشر. إحدى هذه البكتيريا، المعروفة باسم Mycobacterium avium subspecies hominissuis، هي ممرض انتهازي. وهذا يعني أنها تنتظر عادةً فرصة للعدوى، حيث تزدهر في البيئات التي يمكنها من خلالها التسلل إلى الخنازير والبشر وأحيانًا حيوانات أخرى. في الخنازير، غالبًا ما تختبئ هذه العدوى دون التسبب في مرض واضح حتى يتم إرسال الحيوان إلى المسلخ، حيث يبحث المفتشون عن علامات مميزة للمرض في العقد اللمفاوية. بالنسبة للمزارعين، فإن العثور على هذه العلامات يعني خسارة المال، حيث يجب التخلص من اللحم. وبالنسبة للصحة العامة، فإن فهم كيفية انتقال هذه البكتيريا عبر سلسلة الإمداد الغذائي أمر بالغ الأهمية، خاصة وأنها يمكن أن تنتقل بين الأنواع. والسؤال الكبير الذي كان يشغل العلماء دائمًا هو: من أين تأتي هذه البكتيريا، وكيف تنتشر عبر الشبكة المعقدة لمزارع الخنازير؟

قرر فريق من الباحثين في جامعة زيورخ الإجابة على هذا السؤال من خلال النظر عن كثب في التركيب الجيني للبكتيريا الموجودة في الخنازـ السويسرية. لقد جمعوا عينات أنسجة من 120 خنزيرًا تم ذبحها بين عامي 2015 و2022. جاءت هذه الحيوانات من 64 مزرعة ولادة مختلفة و75 مزرعة تسمين مختلفة عبر 13 منطقة في سويسرا. كان الباحثون مهتمين بالخنازير التي أظهرت آفات حبيبية، وهي عبارة عن كتل صغيرة تشبه العقد في الأنسجة والتي غالبًا ما تشير إلى وجود عدوى. لقد أخذوا عينات من أجزاء مختلفة من الجسم، بما في ذلك العقد اللمفاوية في الفك والبطن، وكذلك الكبد والرئتين وحتى أنسجة العضلات. لم يكن هدفهم مجرد تأكيد وجود البكتيريا، بل رسم خريطة للتنوع الجيني للسلالات التي وجدوها، أي إنشاء شجرة عائلة لمعرفة مدى ارتباط البكتيريا ببعضها البعض.

وللقيام بذلك، استخدم العلماء طريقة تسمى "تنميط التكرار المتتالي المتغير". تخيل الحمض النووي للبكتيريا كأنه شريط طويل من الرموز. في نقاط معينة على طول هذا الشريط، تكرر البكتيريا تسلسلًا محددًا من الحروف مرارًا وتكرارًا. يمكن أن يختلف عدد مرات تكرار هذه التسلسلات من بكتيريا إلى أخرى، مما يعمل كبصمة فريدة. ومن خلال عد هذه التكرارات في خمسة عشر موقعًا مختلفًا وقراءة جين محدد يسمى hsp65، استطاع الباحثون التمييز بين السلالات المختلفة بدقة عالية. وجدوا أنه من بين 342 عينة بكتيرية نجحوا في استزراعها في المختبر، كانت هناك 84 نوعًا جينيًا متميزًا. كشف هذا عن مجتمع متنوع للغاية، مليء بالعديد من المتغيرات النادرة التي ظهرت مرة واحدة أو مرتين فقط، إلى جانب حفنة من السلالات المهيمنة التي ظهرت مرارًا وتكرارًا.

كشفت الدراسة عن مستوى مفاجئ من التعقيد في كيفية انتشار هذه العدوى. فتقريبًا نصف الخنازير، 56 من أصل 117، كانت مصابة بسلالتين أو أكثر من أنواع البكتيريا المختلفة في نفس الوقت. وفي بعض الحالات، حمل حيوان واحد ما يصل إلى ست سلالات مختلفة. يشير هذا إلى أن الخنازير لا تلتقط مجرد جرثومة واحدة وتحتفظ بها؛ بل تتعرض لتدفق مستمر من المتغيرات البكتيرية المختلفة من بيئتها. وجد الباحثون أن هذه العدوى المختلطة كانت شائعة ليس فقط عبر الحيوانات المختلفة، بل حتى داخل جسم الحيوان نفسه. اكتشفوا أن السلالة نفسها يمكن أن توجد في أعضاء متعددة، مما يشير إلى عدوى واسعة الانتشار، لكنهم وجدوا أيضًا سلالات مختلفة تتعايش في نفس النسيج. تشير هذه الأنماط بقوة نحو فكرة أن الخنازير تتعرض بشكل متكرر للبكتيريا من التربة أو الماء أو الفراش في مزارعها، بدلاً من التقاط عدوى واحدة من خنزير آخر وانتشارها مثل رد فعل متسلسل.

عندما نظر الفريق في جغرافيا التفشي، وجدوا أن السلالات الأكثر شيوعًا لم تكن محصورة في منطقة محددة. بدلاً من ذلك، وُجدت نفس السلالات المهيمنة في مزارع منتشرة عبر كانتونات وسنوات مختلفة. وبينما كانت المزارع الأقرب إلى بعضها البعض أكثر عرضة لمشاركة نفس السلالات قليلاً، إلا أن الفرق لم يكن كبيرًا بما يكفي لإثبات أن المسافة هي العامل الرئيسي. بدت البكتيريا موجودة في كل مكان، تتحرك عبر النظام المترابط للغاية لتربية الخنازير في سويسرا. كما قارن الباحثون نتائجهم مع بيانات الماشية والبشر في دول أخرى. واكتشفوا أن بعض سلالات البكتيريا نفسها الموجودة في الخنازير السويسرية كانت موجودة أيضًا في الماشية في سويسرا وفي البشر في هولندا واليابان. يعزز هذا الهوية الجينية المشتركة مفهوم "الصحة الواحدة"، الذي يدرك أن صحة الحيوانات والناس والبيئة مرتبطة بعمق.

كان أحد أكثر النتائج إثارة للدهشة هو أن البكتيريا لم تكن مقتصرة على العقد اللمفاوية حيث يتم رصد المرض عادةً. فقد نجح الباحثون في استزراع البكتيريا من خمس عينات عضلية بدت سليمة تمامًا للعين المجردة. وفي كل حالة من هذه الحالات، وُجدت البكتيريا أيضًا في أعضاء أخرى مثل الكبد أو الرئتين. وهذا يؤكد أن العدوى يمكن أن تنتشر إلى أنسجة العضلات الصالحة للأكل، حتى في غياب علامات مرضية مرئية. وبينما لا تثبت الدراسة أن تناول هذا اللحم يسبب المرض للإنسان، إلا أنها تسلط الضوء على مسار محتمل للتعرض قد يغفله مفتشو اللحوم. وأشارت الدراسة أيضًا إلى أنه بينما وُجدت أنواع أخرى من البكتيريا، فإن الغالبية العظمى من الآفات كانت ناتجة عن هذه السلالة المحددة من الـ Mycobacterium، مما يؤكد دورها كسبب رئيسي في هذه الحالات.

خلص الباحثون إلى أن مجتمع هذه البكتيريا في الخنازير السويسرية مدفوع بالتعرض المتكرر للبيئة. إن التنوع الجيني العالي، ووجود العديد من السلالات النادرة، والخلط المتكرر بين السلالات المختلفة داخل الحيوان الواحد، كلها تشير إلى أن الخنازير تلتقط البكتيريا من محيطها طوال حياتها. إن السلالات القليلة المهيمنة التي تظهر في كل مكان تشير إلى أن بعض المتغيرات جيدة جدًا في البقاء والانتشار عبر نظام التربية، ولكنها محاطة ببحر من المتغيرات المحلية الفريدة. تقدم هذه الدراسة صورة أوضح لكيفية تحرك هذه البكتيريا، وتظهر أنها ليست مجرد سلسلة بسيطة من العدوى من خنزير إلى آخر، بل هي شبكة معقدة من التعرض البيئي الذي يمس المزارع والحيوانات، وربما البشر في جميع أنحاء العالم. ومن خلال فهم هذا التنوع، يمكن للعلماء والمزارعين تتبع هذه التهديدات غير المرئية وتطوير استراتيجيات للحفاظ على سلامة الإمدادات الغذائية.