Ключевая роль постоянства состава микрофлоры пищеварительного тракта в здоровье животных
По современным представлениям считается, что симбиотическая микрофлора пищеварительного тракта является одним из наиболее важных факторов здоровья кишечника организма-хозяина. Колонизация просвета кишечника бактериями-симбионтами играет ключевую роль в предотвращении развития патогенных микроорганизмов.
По современным представлениям считается, что симбиотическая микрофлора пищеварительного тракта является одним из наиболее важных факторов здоровья кишечника организма-хозяина. Колонизация просвета кишечника бактериями-симбионтами играет ключевую роль в предотвращении развития патогенных микроорганизмов.
оглавление
Существует множество теорий, объясняющих способность симбиотической микрофлоры кишечника препятствовать его колонизации патогенными микроорганизмами. Одна из них предполагает, что непатогенные бактерии-симбионты прикрепляются к поверхности клеток внутренней выстилки кишечника, занимая возможные места для колонизации патогенными бактериями и уменьшая их шансы на связывание с данными клетками и дальнейшую пролиферацию. Другие теории предлагают иной механизм, по которому симбиотические микроорганизмы синтезируют ряд веществ, таких как летучие жирные кислоты, другие виды органических кислот, натуральные противомикробные соединения, которые препятствуют росту патогенных бактерий и создают неблагоприятную для них среду обитания. Также было обнаружено, что в присутствии бактерий-симбионтов усиливается синтез оклудина и клаудина – специфических белков, участвующих в формировании плотных соединений между энтероцитами. Также следует отметить, что симбиотическая микрофлора принимает участие в созревании иммунной системы.
По состоянию на сегодняшний день, введен ряд ограничений на традиционные способы борьбы с патогенными микроорганизмами в ЖКТ. Ограничения коснулись использования препаратов цинка, меди и разного рода антибиотиков. Начиная с 2006г, когда в ЕС вступил в силу первый запрет на широкое использование антибиотических факторов роста, индустрия животноводства приступила к интенсивному поиску новых стратегий по контролю и модуляции состава микрофлоры ЖКТ животных.
Как известно, состав микрофлоры пищеварительного тракта оказывает влияние на целый ряд важных функций организма животного-хозяина, которые включают в себя усвоение питательных веществ, целостность слизистого эпителия, развитие и эффективность защитных свойств иммунной системы кишечника. Таким образом, одним из наиболее эффективных способов снижения риска развития болезнетворных бактерий и связанного с ним использования антибиотиков в животноводстве является поддержание оптимального баланса микрофлоры ЖКТ.
Характеристика и нарушения состава кишечной микрофлоры у свиней
-
Особенности кишечной микрофлоры у свиней
В норме, микрофлора кишечника млекопитающих содержит около 100 триллионов различных бактерий, обладающих рядом полезных качеств для организма животного, таких как синтез летучих жирных кислот и витаминов, ингибирование и подавление роста патогенных микроорганизмов, вклад в развитие и функционирование иммунной системы.
На примере свиней, животные получают большую часть кишечной микрофлоры от организма матери при рождении. Передача происходит разными путями, самый ранний из которых включает в себя системную передачу материнской микрофлоры развивающемуся приплоду. Впоследствии, после прекращения передачи микрофлоры при контакте через родовые пути, молозиво и грудное молоко, микрофлора продолжает пополняться бактериями, присутствующими в фекалиях и на кожных покровах.
На протяжении развития животного состав микрофлоры его кишечника также претерпевает ряд изменений и стабилизируется в зрелом возрасте. На характер этих изменений влияет множество факторов, к которым, также можно отнести особенности окружающей среды и состав рациона питания.
Распределение микрофлоры на протяжении всех отделов ЖКТ в-основном зависит от рН окружающей среды, концентрации кислорода в ней и скорости перистальтики его содержимого. В силу этого, распределение количества и видовой состав бактерий в ЖКТ неоднородны.
У свиней, отдел желудка и верхняя часть 12-перстной кишки характеризуются наиболее кислым рН во всем ЖКТ. Скорость движения содержимого в данных отделах также высока, что препятствует адгезии патогенных микроорганизмов к внутренним стенкам данных отделов и их дальнейшей пролиферации. Благодаря этому, общее содержание бактерий здесь ниже, чем в остальных отделах ЖКТ. Микрофлора также представлена в-основном наиболее кислотостойкими бактериями рода Lactobacillus, Streptococcus и Enterococcus.
По мере перехода к нижним отделам ЖКТ число бактерий постепенно растет от 105 КОЕ/г в тонком кишечнике до 1010-1012 КОЕ/г в толстом кишечнике. Это происходит благодаря тому, что условия в толстом отделе кишечника более благоприятны для стабильной пролиферации бактерий и характеризуются более нейтральным рН, замедленным пассажем содержимого и наличием анаэробного окружения. Популяции бактерий толстого кишечника представлены в-основном семействами Clostridiacea, Enterobacteriaceae, Bacteroidaceae и Veillonellaceae.
-
Нарушения состава микрофлоры кишечника у свиней
На баланс микрофлоры ЖКТ свиней может оказывать влияние целый ряд факторов, к наиболее важным из которых принадлежат использование антибиотиков, различные виды стресса и нарушения технологии содержания (санитарно-гигиенические условия, кормление, условия при отъеме и т.п.). С другой стороны, одним из эффективных способов нормализации состава микрофлоры ЖКТ является использование пронутриентов.
В промышленном свиноводстве отъем поросят стараются производить как можно раньше, для достижения более высокой интенсивности производства. Однако при раннем отъеме микрофлора ЖКТ поросят еще не стабильна, что также усугубляется незрелостью иммунной системы. Подобная практика становится причиной сильного стресса для поросят, увеличивая их восприимчивость к патогенным бактериям, и часто проявляется в виде сильной диареи.
Послеотъёмная диарея часто является причиной значительных экономических потерь. Данная патология возникает вследствие нарушения баланса микрофлоры кишечника и интенсивного развития патогенных микроорганизмов. Основным провоцирующим фактором дисбактериоза здесь является низкое потребление корма и воды после отъема, вследствие низкой адаптации и последующего стресса поросят при переходе от жидкого типа питания к твердому. Подобная анорексия приводит к негативным изменениям в ЖКТ, росту рН в его верхних отделах, что сопровождается снижением содержания молочнокислых и других кислот-продуцирующих бактерий. В результате, данные изменения приводят к росту вероятности пролиферации патогенных бактерий.
Другой распространенной причиной нарушения состава микрофлоры ЖКТ является систематическое использование антибиотиков, особенно в кормлении молодых животных. Антибиотики нарушают процесс естественного созревания микрофлоры и, таким образом, могут оказывать долговременный негативный эффект. Со временем, это стало одной из основных причин снижения использования противомикробных препаратов и поиска их альтернативы, основанной на природных соединениях.
Характеристика и нарушения состава кишечной микрофлоры у птиц
-
Особенности кишечной микрофлоры у птиц
Симбиотическая микрофлора ЖКТ у птиц играет важную роль в поддержании гомеостаза кишечника, метаболизма организма-хозяина, оказывает большое влияние на физиологический статус и здоровье животных, что положительно сказывается на продуктивных показателях.
Заселение пищеварительного тракта микрофлорой у птиц начинается непосредственно после вывода из яйца при контакте с бактериальным фоном инкубатора. После перевода на площадки выращивания ЖКТ цыплят начинает очень быстро заселяться микроорганизмами через корм и питьевую воду. На протяжении жизненного цикла организм птиц претерпевает несколько последовательных изменений состава микрофлоры.
ЖКТ птиц имеет ряд отличий от пищеварительного тракта млекопитающих. В первую очередь, он характеризуется меньшей протяженностью и более высокой скоростью пассажа содержимого. Такая особенность приводит к тому, что микрофлора ЖКТ птиц достаточно сильно отличается по численности и видовому составу от микрофлоры других видов животных.
В целом, распределение микроорганизмов вдоль отделов ЖКТ у птиц варьирует в зависимости от изменения рН и осмотических свойств среды, наличия анаэробных условий, и наличия питательных субстратов, что в некоторой степени сходно с симбиотической микрофлорой свиней.
Концентрация бактерий в верхних отделах ЖКТ птиц относительно низкая и растет по мере продвижения к дистальным отделам. Так, в тощей кишке содержание бактерий составляет около 108-9 КОЕ/г. Далее оно постепенно увеличивается и достигает примерно 1010-11 КОЕ/г в толстом кишечнике. Слепые отростки кишечника птиц отличаются по своим свойствам от остальных отделов ЖКТ: их содержимое может задерживаться здесь на продолжительное время, что создает условия для формирования разнообразного и стабильного во времени состава микрофлоры. Данный отдел ЖКТ играет ключевую роль в переваривании клетчатки и синтезе некоторых витаминов группы В.
-
Нарушения состава микрофлоры кишечника у птиц
Микрофлора ЖКТ как бройлеров, так и кур-несушек обладает схожим профилем микроорганизмов, который представлен, по большей части, такими типами простейших, как Firmicutes, Bacteroidetes и Proteobacteria. Однако между ними существуют и некоторые различия в пропорциональном соотношении (см. Табл. 1).
Популяции бактерий, заселяющих просвет тощей кишки представлены, в-основном, родом Lactobacillus. Толстый кишечник заселен бактериями рода Clostridium, Streptococcus и Enterococcus. В то время, как в слепой кишке преобладают бактерии рода Eubacterium, Bifidobacterium и Clostridium. Как видно из этого списка, в число бактерий, в норме заселяющих ЖКТ птиц, входят некоторые потенциально патогенные виды бактерий, например Clostridium perfringens, которая в определенных обстоятельствах может стать причиной развития некротических энтеритов. Поэтому поддержание оптимального баланса микрофлоры ЖКТ является одним из ключевых факторов профилактики подобных заболеваний и связанных с ними экономических потерь в птицеводстве.
На протяжении жизненного цикла птицы испытывают воздействие множества факторов, нарушающих постоянство состава микрофлоры ЖКТ. К наиболее важным и наиболее часто встречаемым в коммерческом птицеводстве можно отнести следующие из них: ошибки вакцинации, широкое использование антибиотиков, резкие и частые изменения состава корма, неправильные параметры микроклимата (вентиляция, температура, влажность), высокое давление инфекционного вирусного фона, циркулирующие бактериальные и паразитарные инфекции.
В силу данных причин, поддержание условий внутренней среды ЖКТ, благоприятных для корректного баланса микрофлоры на протяжении всего продуктивного цикла, является очень важной мерой предотвращения развития заболеваний и снижения продуктивных показателей.
Способы контроля постоянства и коррекции состава микрофлоры кишечника
По современным представлениям в животноводстве, поддержание здоровья ЖКТ животных и, в частности, постоянства состава его микрофлоры является одним из основным средств достижения высокоустойчивой и экологически приспособленной производственной системы, позволяющей максимально раскрыть их генетический продуктивный потенциал.
В силу постоянно растущих ограничений на использование антибиотиков для контроля инфекционных заболеваний современная индустрия кормления предлагает ряд новых альтернатив, направленных на достижение следующих задач:
- Как можно более быстрое заселение ЖКТ животных микрофлорой на самых ранних этапах их жизни.
- Создание внутренней среды в ЖКТ, благоприятной для поддержки пролиферации симбиотических бактерий.
- Максимально возможное снижение непереваримых компонентов корма, которые могут стать питательным субстратом для патогенных микроорганизмов.
Среди основных средств и способов достижения данных задач можно выделить следующие:
-
Модуляторы кишечной микрофлоры растительного происхождения
Данные модуляторы представляют собой соединения природного происхождения, обладающие противомикробными свойствами. В частности, к ним относятся соединения, содержащие цименольный цикл. Подобные соединения присутствуют в составе экстрактов ряда эфиромасличных растений (тимьян, розмарин, шалфей лекарственный и т.д.). При попадании в кишечник с пищей они проявляют биоцидные свойства, подавляя рост таких патогенных бактерий, как Clostridium, Salmonella, E. Coli, и при этом способствуют пролиферации симбиотической микрофлоры.
Бактерицидное действие соединений с цименольным циклом может быть усилено в присутствии слабых органических кислот, например лимонной, как это реализовано в продукте Алкермолд Натурал (Alquermold Natural). Это происходит благодаря синергизму их действия: лимонная кислота провоцирует образование пор в клеточной мембране патогенных бактерий, способствуя проникновению цименольных структур внутрь клеток. Далее, это приводит к нарушению функциональности цитоплазматической мембраны и гибели клеток вследствие осмотического шока. Изучение механизма совместного действия этих двух активных компонентов R&D отделом компании Biovet S.A позволило на его основе создать запатентованный продукт (Алкермолд Натурал).
Помимо вышесказанного, соединения с цименольным циклом, способны ингибировать синтез эргостерола, важного стероида мембран клеток плесневых грибов, обладая, следовательно, фунгицидным действием.
Таким образом, Алкермолд Натурал обладает двумя основными свойствами: в дополнение к биоцидному действию на патогены в кишечнике данный продукт может применяться в качестве консерванта для кормового сырья и готового корма. В втором случае имеется в виду способность Алкермолд Натурал продлевать срок хранения кормов за счет подавления роста бактериальной и плесневой контаминации. Помимо этого, контроль бактериального фона готовых кормов положительно влияет и на профиль микрофлоры ЖКТ животных вследствие снижения рисков, которые может нести в себе высокая контаминация микроорганизмами. Также нужно отметить, что Алкермолд Натурал является безопасным продуктом, не образующим побочных метаболитов в организме животных и не вызывающим формирование резистентности у микроорганизмов и, следовательно, не требующим периода выведения (каренции).
Алкермолд Натурал является зарегистрированной торговой маркой и представлен на рынке компанией BIOVET S.A. Продукт доступен как в порошкообразной, так и в жидкой форме.
-
Пронутриенты-оптимизаторы (кондиционеры) кишечника
Основой данных продуктов являются сложные смеси соединений растительного происхождения, оказывающих положительное влияние на физиологический статус кишечника. В ходе изучения механизма действия таких соединений компанией Biovet S.A. было установлено их влияние на метагенетическом уровне, а в частности, способность активировать специфические участки ДНК энтероцитов, отвечающих за определенные метаболические функции. Подобные пронутриенты выступают в роли внешнего стимула, усиливающего синтез ряда функциональных белков энтероцитами, что сопровождается ускорением регенерации клеток слизистой оболочки кишечника и усилением всасывания питательных веществ. Кондиционеры кишечника способны также укреплять места плотных контактов между энтероцитами, которые играют ключевую роль в поддержании целостности слизистой оболочки кишечника.
В результате воздействия подобных пронутриентов на поверхности и вблизи слизистой оболочки создаются благоприятные условия для пролиферации симбиотической микрофлоры. За счет конкурентного размножения данная микрофлора препятствует развитию патогенных бактерий.
Положительный эффект кондиционеров кишечника достигается как за счет улучшения всасывания нутриентов, так и за счет нормализации профиля микрофлоры кишечника. Более интенсивное всасывание и утилизация питательных веществ рациона в просвете кишечника препятствует размножению патогенных бактерий, создавая благоприятные условия для развития бактерий-симбионтов. На технологическом уровне это выражается в повышении продуктивности, улучшении конверсии корма, привесов; улучшении качества мяса, яиц и т.д.
Пронутриенты, обладающие свойствами кондиционеров физиологического статуса кишечника, отвечают всем современным требованиям рынка и предпочтениям потребителей. Их использование в животноводстве не вызывает резистентности у патогенных бактерий, не требует каренции, не дает остаточных метаболитов в продуктах животного происхождения (мясо, молоко, яйца). Подобные пронутриенты находят также применение и в органическом животноводстве.
В ходе многочисленных полевых опытов было отмечено, что наибольший положительный эффект от применения таких добавок наблюдается на молодых животных. Это объясняется тем, что кондиционеры кишечника способны также участвовать в формировании пищеварительной системы животных и улучшать их адаптацию к изменениям рациона питания.
Данное технологическое решение является запатентованной торговой маркой компании Biovet S.A, которое представлено на рынке в виде продукта Алкернат Небсуи (Alquernat Nebsui). Продукт доступен в порошкообразной и в жидкой форме, и может применяться как в птицеводстве, так и при выращивании свиней.
-
Пробиотики
Данные продукты представлены различными штаммами симбиотических бактерий, оказывающих положительный эффект на физиологический статус животного. Как можно более раннее заселение ЖКТ животных данными штаммами также позволяет предотвратить массовую пролиферацию патогенных бактерий. В то же время, пробиотики облегчают формирование сбалансированной и функциональной микрофлоры пищеварительного тракта.
Компания Biovet S.A разработала продукт Алкерфид Пробиотик (Alquerfeed Probiotic), являющийся комбинацией различных микроорганизмов, способных заселять различные отделы ЖКТ животных, снижать рН окружающей среды за счет выработки органических кислот, синтезировать ряд ферментов и бактериоцинов. Данный пробиотик способствует реколонизации ЖКТ животного симбиотической микрофлорой и подавлению роста патогенных бактерий, что приводит к улучшению переваримости потребляемого корма.
-
Энзимы
К данной группе продуктов относятся различные комбинации экзогенных ферментов, например, Алкерзим (Alquerzim), которые также способны вносить вклад в нормализацию состава микрофлоры ЖКТ.
Энзимы представляют собой особые каталитические белки, ускоряющие биохимические реакции за счет воздействия на специфические субстраты. Их активность зависит от ряда факторов, к наиболее важным из которых можно отнести температуру и рН окружающей среды.
Применение экзогенных ферментов позволяет повысить переваримость корма за счет воздействия на специфические химические связи его компонентов, снизить себестоимость рациона кормления и, в конечном счете, улучшить продуктивные показатели.
Лучшая утилизация питательных веществ оказывает положительное влияние на состав микрофлоры ЖКТ. Так, например, экзогенные ферменты улучшить переваримость белковой части корма, которые в противном случае могли бы стать питательным субстратом для патогенных бактерий, таких как Clostridium perfringens.
Ферментный профиль такого типа продуктов должен быть адаптирован к различным типам применяемых рационов, видам и возрастным группам животных. Линейка продуктов Алкерзим компании Biovet S.A. основана на комбинациях различных специфических экзогенных ферментов и разработана с учетом данных требований.
Выводы
Постоянство состава микрофлоры должно рассматриваться в животноводстве в качестве ключевого фактора оптимального физиологического статуса пищеварительного тракта. Сбалансированная микрофлора ЖКТ имеет чрезвычайно важно значение для минимизации рисков для здоровья животных, для достижения максимальных продуктивных показателей и раскрытия максимального генетического потенциала поголовья.
Важной частью данной стратегии является также нормализация состава ЖКТ животных уже на ранних этапах жизни, что позволяет им преодолевать ряд технологически неизбежных стрессов с меньшими потерями. Описанная в данной статье стратегия позволяет повысить степень утилизации кормов и избежать развития серьёзного дисбаланса микрофлоры, связанного с широким применением антибиотиков, которые могут быть с успехом заменены рядом добавок на природной основе. К их числу можно отнести продукты на основе пронутриентов, соединения с цименольным циклом в составе, пробиотики и энзимы.
