Путешествие, полное открытий. Влияние пептидогликанов на функционирование желудочно-кишечного тракта домашней птицы
Автор: Альфонс Янсман (Alfons Jansman), старший научный сотрудник, Вагенингенский университет, Нидерланды
Эффективное функционирование желудочно-кишечного тракта и его здоровье являются важными факторами, определяющими показатели продуктивности птицы. Существует взаимосвязь между рационом, желудочно-кишечным барьером, кишечной микробиотой, пищеварением, всасыванием питательных веществ и иммунитетом. Недавно сообщалось, что повышенное количество фрагментов бактериальной клеточной стенки, в основном пептидогликанов (PGN), может нарушать функционирование желудочно-кишечного тракта и снижать показатели продуктивности птицы. В ходе нового исследования изучили, каким образом добавление в рацион фермента мурамидазы для расщепления PGN может помочь организму птицы.
Что такое PGN и для чего он нужен?
Стенки бактериальных клеток в основном состоят из пептидогликанов (PGN), имеющих сетчатую структуру. Естественно, что во время обновления бактерий большое количество PGN попадает в кишечник. Большинство PGN перерабатывается в ходе биосинтеза клеточной стенки, но они также могут накапливаться в просвете кишечника, влияя на работу ЖКТ. Пептидогликаны распознаются специфическими рецепторами, расположенными на базолатеральной поверхности эпителиальных клеток, вызывая воспалительные и иммунные реакции.
Проблемы с кишечником
По мере развития кишечника и микробиома птица сталкивается с целым рядом проблем, связанных, например, с рационом и окружающей средой. Кокцидии, гельминты, микотоксины и патогенные бактерии наносят значительный вред проходимости просвета кишечника. В течение жизни птицы как микробиом кишечника, так и ее иммунная система развиваются во взаимодействии друг с другом. Хотя сами комменсальные бактерии не вызывают заболеваний, фрагменты их клеточных стенок способствуют скапливанию отходов жизнедеятельности в кишечнике. Образующиеся пептидогликаны представляют собой серьезную проблему для здоровья кишечника птицы.
Лизоцим в кишечнике может разрушать PGN, что снижает потенциальные воспалительные сигналы, вызываемые PGN. Распад PGN может привести к образованию мурамилдипептида (MDP), который, в свою очередь, воспринимается внутриклеточными рецепторами (такими как NOD2) и оказывает противовоспалительное действие. Однако ввиду высокого уровня потребления корма и высокой же скорости его прохождения через пищеварительный тракт бройлеры не способны вырабатывать достаточное количество эндогенного лизоцима для расщепления присутствующего в кишечнике пептидогликана. Добавление в рацион экзогенной мурамидазы (Balancius®) ведет к увеличению способности организма расщеплять PGN в мертвых клеточных стенках бактерий, а следовательно, помогает поддерживать оптимальное функционирование кишечника.
Польза от расщепления PGN
В ходе исследования оценивали влияние мурамидазы на показатели продуктивности, энергетический обмен и всасываемость питательных веществ (Pirgozliev и соавт., 2020). Наблюдалось дозозависимое улучшение как в приросте живой массы (BWG), так и в коэффициенте усвоения корма (FCR), но после включения экзогенной мурамидазы в рационы бройлеров на трех уровнях никакого влияния на потребление корма отмечено не было. У птиц, получавших экзогенную мурамидазу в течение 42 дней, наблюдался значимо более высокий показатель европейского индекса эффективности производства (EPEF) (431) по сравнению с птицами в контрольной группе (403). Было отмечено повышение потребления калорий после включения в рацион экзогенной мурамидазы. В другом исследовании, проведенном Goodarzi Boroojeni и соавт. (2019), сообщалось, что добавление в рацион экзогенной мурамидазы привело к увеличению усвояемости основных питательных веществ в кишечнике, что свидетельствует об улучшении всасывательной способности и функционирования кишечника.
Влияние мурамидазы в качестве кормовой добавки на расщепление PGN во фрагментах клеточной стенки (мертвой) микробиоты в кишечном тракте может уменьшить потенциальные воспалительные эффекты, вызванные PGN. Результаты исследования, опубликованные в прошлом году (Wang и соавт., 2020), подтвердили, что экзогенная мурамидаза гидролизует PGN до MDP, активируя NOD2, который обладает противовоспалительным действием, и тем самым способствует улучшению здоровья кишечника организма-хозяина.
Преднамеренная нагрузка PGN
Недавно проведенное исследование было разработано для того, чтобы получить в условиях in vivo доказательства того, что экзогенная мурамидаза (Balancius®) расщепляет PGN в просвете кишечника бройлеров. Также изучили, каким образом экзогенная мурамидаза может уменьшить воспалительное воздействие на слизистую оболочку кишечника, тем самым повышая эффективность кормов и улучшая здоровье кишечника. Для этого Вагенингенский университет разработал новую модель преднамеренной нагрузки организма пептидогликанами. Для того чтобы вызвать постоянную и значительную нагрузку на кишечник бройлеров, использовали известное количество PGN (2,6 г/кг), выделенного из Bacillus subtilis. Это примерно вдвое превышает количество PGN, которое наблюдалось бы у бройлеров в стандартных условиях.
В период с 0-го по 21-й день бройлеры получали один из четырех экспериментальных рационов на основе кукурузы и соевого шрота. PGN добавляли к двум видам лечения, к одному из которых также добавляли 35 000 ЛЕ(F) экзогенной мурамидазы на килограмм веса. При дальнейшем лечении в контрольный рацион добавляли только экзогенную мурамидазу. Хотя показатели продуктивности также были оценены, само исследование было разработано не для демонстрации различий в продуктивности, а скорее для изучения всестороннего воздействия PGN на кишечник бройлеров. Для этого анализировали образцы крови, тканей кишечника и органов пищеварительной системы в возрасте двух и трех недель.
Включение в рацион экзогенной мурамидазы независимо от нагрузки PGN привело к значимому увеличению растворимости PGN в тонкой кишке пищеварительного тракта (рис. 1). Это доказывает в условиях in vivo активность экзогенной мурамидазы, которая, как и ожидалось, разрушает PGN в просвете кишечника.
Здоровье кишечника
Микробиота кишечника является ключевым фактором в защите от патогенов, и в то же время она чувствительна к нарушениям, которые могут привести к воспалительным реакциям в кишечнике. В этом случае нарушается функционирование кишечника, включая барьерную функцию, а также усвояемость и всасывание питательных веществ. Сообщалось, что всасывание каротиноидов снижается при кишечных инфекциях. На 20-й день исследования концентрация общих каротиноидов в плазме крови была значимо выше у птиц, получавших экзогенную мурамидазу. Эти результаты свидетельствуют о том, что включение в рацион экзогенной мурамидазы стимулировало всасывание пищевых каротиноидов и привело к улучшению барьерной функции кишечника, противодействуя тем самым неблагоприятному воздействию PGN на просвет и барьерную функцию кишечника. Поскольку каротиноиды всасываются с жирами, они являются потенциальным маркером усвояемости жиров у птицы, а также могут иметь отношение к барьерной функции кишечника (Sais и соавт., 2019). Например, преднамеренное заражение Eimeria (кокцидиоз) снижает барьерную функцию кишечника, а также уровень каротиноидов в плазме крови.
В ходе этого исследования было установлено, что преднамеренное введение в организм PGN увеличивает приток внутриэпителиальных лимфоцитов и вызывает нагрузку на локальный иммунитет (Jansman и соавт., неопубликованные данные). У птиц, получавших корм, который содержал как PGN, так и экзогенную мурамидазу, не наблюдалось такого увеличения числа внутриэпителиальных лимфоцитов. Это свидетельствует о благоприятном влиянии на локальный иммунитет, которое проявляется в смягчении воспалительных реакций в слизистой оболочке кишечника в условиях преднамеренной нагрузки. При включении мурамидазы в рацион также были отмечены незначительные изменения в генах, связанные с целостностью эпителия тонкой кишки и функцией эпителия.
Еще многое предстоит изучить
Существует постоянный риск со стороны PGN для здоровья кишечника и оптимального уровня производства. Результаты этого нового исследования подтверждают благоприятные эффекты дополнения рациона бройлеров экзогенной мурамидазой. Они также отвечают на многие вопросы относительно неблагоприятного влияния PGN на показатели продуктивности птицы. Важность этого исследования состоит в том, что оно предоставило информацию о способах поддержания гомеостаза кишечника и сохранения эффективности птицеводства. Активность экзогенной мурамидазы увеличивает растворимость PGN в пищеварительном тракте и снижает вызванные PGN воспалительные эффекты, влияющие на функционирование кишечника. Однако еще многое предстоит узнать, и дополнительные исследования механизма действия экзогенной мурамидазы помогут объяснить ее способность раскрывать незадействованный потенциал организма домашней птицы. Понимание связанных с этим процессов может помочь ученым улучшить здоровье, условия содержания и показатели продуктивности птицы. Последовательное выполнение вышеизложенного также поможет отрасли удовлетворить увеличивающийся спрос на продукты животноводства со стороны растущего населения.
Ссылки доступны по запросу
- Jansman и соавт. (неопубликованные данные)
- Wang и соавт., 2020
- Pirgozliev и соавт., 2020
- Гударзи Борооджени, 2019
- Саис и соавт., 2019
Впервые статья была опубликована в журнале POULTRY WORLD | No. 5/6, 2021