ПРОБИОТИКИ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ

Существует две основные предпосылки применения пробиотиков в животноводстве – стремление сохранить и улучшить продуктивность животных и желание предотвратить развитие патогенных микроорганизмов. Ранее с этими задачами эффективно справлялись антибиотики, однако растет обеспокоенность широким их применением в связи с формированием резистентной к антибиотикам патогенной микрофлорой, опасной как для животных, так и для человека (сальмонеллез, кампилобактериоз, эшерихиоз и др.). Кроме того, меняется оценка роли микроорганизмов в процессах пищеварения и других процессах организма. 


Термин «пробиотики» впервые был использован Лилли и Стиллвелл (Lilly and Stillwell, 1965) для обозначения неизвестных веществ, продуцируемых простейшими микроорганизмами, что стимулировало рост других простейших. Фуллер (1989) охарактеризовал пробиотики как «живые микробные кормовые добавки, которая благотворно влияет на животное-хозяина, улучшая микробный баланс его кишечника». Согласно группе по продовольствию и сельскому хозяйству Организации Объединенных Наций (ФАО) и Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) пробиотики это «живые микроорганизмы, которые при правильном ведении в достаточных количествах приносят пользу здоровью хозяина» (ФАО / ВОЗ, 2001 год) ). Это определение принято Международной научной ассоциацией пробиотиков и пребиотиков (Hill et al., 2014). 

Классификация

Существует множество микроорганизмов, которые можно классифицировать как пробиотики следующим образом: 

1. Бактериальные и небактериальные пробиотики. Большинство микроорганизмов-пробиотиков являются бактериями, например Lactobacillus (Mookiah et al., 2014), Bifidobacterium (Khaksar, Golian and Kermanshahi, 2012; Pedroso et al., 2013), Bacillus (Abdelqader, Irshaid и Al-Fataftah, 2013) , и Enterococcus (Mountzouris et al., 2010); 

Небактериальные (дрожжевые или грибковые) пробиотики включают Aspergillus oryzae (Daskiran et al., 2012; Shim et al., 2012), Candida pintolopesii (Daskiran et al., 2012), Saccharomyces bourlardii, (Rahman et al., 2013) , и Saccharomyces cerevisiae (Bai et al., 2013). 

2. Спорообразующие и не образующие спор. Первое время среди пробиотиков преобладали неспорообразующие штаммы Lactobacillus и Bifidobacterium. В настоящее время используются спорообразующие бактерии, такие как Bacillus subtilis (Alexopoulos et al., 2004a) и Bacillus amyloìliquefaciens (Ahmed et al., 2014). 

3. Монокультуры и мультикультуры (синбиотики) микроорганизмов. многовидовые пробиотики содержат ряд видов и штаммов микроорганизмво, как например коммерческий пробиотик PoultryStar ME ( Enterococcus faecium, Lactobacillus reuteri, L. salivarius и Pediococcus acidilactici) (Giannenas et al., 2012); 

4. Аллохтонные и автохтонных пробиотики. Аллохтонными пробиотики не являются представителями собственной микрофлоры ЖКТ животных (например, дрожжи), тогда как микроорганизмы, являющиеся обитателями ЖКТ называются автохтонными (например, Lactobacillus и Bifidobacterium). 

Принцип действия

Различные пробиотики оказывают свое действие либо в просвете желудочно-кишечного тракта, либо на его эпителии, однако механизмы действия еще до конца не изучены. Основные эффекты, производимые пробиотиками: 

• Повышение усвояемости компонентов корма

Повышенная усвояемость питательных веществ в рационе может быть связана с увеличением активности фермента в кишечнике благодаря пробиотикам. Например, активность амилазы в тонком кишечнике птицы увеличилась на 42% в ответ наввод L. acidophilus, который поступал со скоростью 2 × 106 КОЕ / г корма на основе кукурузы и сои (Jin et al., 2000). Спорообразующие бактерии, такие как Bacillus amyloliquefaciens, производят внеклеточные ферменты, включая α-амилазу, целлюлазу, протеазы и металлопротеазы (Gould, May and Elliott, 1975; Gangadharan et al., 2008; Lee et al., 2008), которые могут увеличить переваривание питательных веществ. 

Также, пробиотики способствуют увеличению высоты кишечных ворсинок, тем самым увеличивая площадь поверхности для поглощения питательных веществ. как например, в опыте на птицах (Biloni et al., 2013; Jayaraman et al., 2013; Afsharmanesh and Sadaghi, 2014). 

• Производство антибактериальных компонентов

Некоторые пробиотики продуцируют противомикробные вещества, которые могут ингибировать рост патогенных микроорганизмов в кишечнике. Многие виды бактерий, включая молочнокислые бактерии (LAB) (Klaenhammer, 1988; Nes et al., 1996; Flynn et al., 2002), бифидобактерии (Cheikhyoussef et al., 2008) и бациллы (Hyronimus, Le Marrec and Urdaci, 1998, Le Marrec et al., 2000), могут производить несколько типов термостабильных бактериоцинов (Cotter, Hill and Ross, 2005), которые обладают противомикробной активностью против ряда потенциальных возбудителей животных, включая Bacillus, Staphylococcus, Enterococcus, Listeria, и Salmonella (Flynn et al., 2002; Corr et al., 2007; Rea et al., 2007). 

Многие пробиотические бактерии, особенно МКБ (молочнокислые бактерии), производят КЦЖК (короткоцепочечные жирные кислоты), такие как молочная и уксусная, масляная, которые ингибируют развитие патогенных бактерий (Commane et al., 2005; Fayol-Messaoudi et al., 2005). SCFAs уменьшают pH в просвете кишечника (Daskiran et al., 2012). 

Пробиотические бактерии способны продуцировть и другие противомикробные соединения, такие как перекись водорода, термостабильный антиклостридиальный фактор, который ингибирует Clostridium perfringens, возбудитель некротического энтерита у птицы производит несколько антимикробных циклических липопептидных соединений (например, сурфактин, фенгицин, бацилломицин D, итурин A) (Ongena and Jacques, 2008; Chen et al., 2009; Arrebola et al., 2010) и поликетиды (например, макролактин, дифидидин, бациллен, хлортетаин) (Rapp et al., 1988; Chen et al. , 2009), которые противодействуют росту патогенов растений (Chen et al., 2009). 

• Воздействие на экспрессию генов патогенных микроорганизмов

Бактерии обладают механизмом коммуникации (секрецию химических сигналов), так называемое «чувство кворума» между собой (Miller and Bassler, 2001; Waters and Bassler, 2005), общаются с хозяином и бактериями других видов (Hughes and Sperandio, 2008). С помощью этого механизма пробиотики могут влиять на коммуникации патогенных бактерий, влияя на их патогенность. Например внеклеточная секреция химического сигнала (аутоиндуктор-2) с помощью энтерогеморрагического серотипа E.15 coli O157: H7 была существенно ингибирована продуктами ферментации L. acidophilus La-5, что приводило к подавлению гена вирулентности LEE in vitro. Это нарушает чувствительность кворума и в конечном итоге предотвращает колонизацию ЖКТ серотипом O157: H7 в GIT (Medellin-Peña et al., 2007). 

• Иммуномодулирование

Эпителиальные клетки слизистой желудочно-кишечного тракта создают избирательно проницаемый барьер между просветом кишечника (который содержит вредные вещества, такие как чужеродные антигены, микроорганизмы и токсичные материалы, а также полезные питательные вещества) и внутренним пространством организма ( Blikslager et al., 2007; Groschwitz and Hogan, 2009). Этот барьер является первой линией защиты от микробов в ЖКТ (Baumgart and Dignass, 2002; Peterson and Artis, 2014). Он имеет комбинированную защитную функцию, включающую анатомические структуры, иммунологические выделения, состоящие из слизи, иммуноглобулинов, например, IgA, антимикробные пептиды и эпителиальный адгезивный комплекс (Baumgart and Dignass, 2002; Ohland and MacNaughton, 2010). 

Пробиотические препараты предотвращают хроническое воспаление ЖКТ путем стимуляции врожденного иммунитета в желудочно-кишечном эпителии (Galdeano and Perdigon, 2006; Pagnini et al., 2010). Наиболее эффективное время – до начала воспалительного процесса (Lodemann, 2010). Пробиотики могут влиять на экспрессию противовоспалительного цитокина или клеточных сигнальных белков и могут делать это по-разному в зависимости от цитокина. 

В ряде исследований продемонстрировано иммуностимулирующее действие пробиотиков, например, пробиотик, содержащий L. fermentum и S. cerevisiae, стимулировал иммунную систему кишечной Т-клетки, что было отмечено увеличением продуцирования CD3 +, CD4 + и CD8 + Т-лимфоцитов в GIT цыплят-бройлеров. Пробиотики также увеличивают уровни иммуноглобулина в сыворотке. Пробиотик с несколькими штаммами, содержащий L. acidophilus, B. subtilis и C. butyricum, увеличивал уровни IgA и IgM в сыворотке у кур (Zhang and Kim, 2014). 

Это очень сложные вопросы и нет общей «истории» о том, как пробиотики могут влиять на иммунную систему. 

• Устойчивость к колонизации

ЖКТ новорожденных животных и птиц, выращиваемых естественным образом, колонизированы микроорганизмами, обычно передаваемые взрослыми особями (матери). Эти микроорганизмы обеспечивают защиту от кишечных патогенов. Интенсификация сельского хозяйства уменьшила возможность естественной колонизации ЖКТ, что сделало животных более восприимчивыми к кишечной патогенной инфекции. Пробиотики могут имитировать естественную колонизацию у новорожденных. Такая адгезия пробиотических бактерий к кишечному эпителию охватывает сайт связывания рецепторов, предотвращая прикрепление к эпителию патогенных микроорганизмов, таких как E. coli O157: H7, сальмонелла и др. (Bernet et al., 1994; Hudault et al., 1997; Johnson-Henry et al., 2007). 

Применение в птицеводстве

Кампилобактериоз. Кампилобактериоз является важной зоонозной болезнью домашней птицы, вызванной Ca. jejuni. Аналогичным образом, коммерческий пробиотик Primalac (содержащий Lactobacillus, Bifidobacterium и Enterococcus) уменьшал распространенность инфекции Campylobacter у цыплят-бройлеров (Willis and Reid, 2008). Morishita et al. (1997) ранее продемонстрировали, что пероральное введение (через питьевую воду) коммерческого пробиотика, содержащего смесь L. acidophilusand S. faecium, цыплятам-бройлерам, в течение первых 3 дней жизни уменьшило распространение Campylobacter на 70 % у искусственно зараженных птиц. Некротический энтерит 

Некротический энтерит, вызванный Cl. perfringens наносит большой экономический урон предприятию из-за высоких потерь (McDevitt et al., 2006; Hermans and Morgan, 2007). Введение B. subtilis (штамм PB6) цыплятам-бройлерам, искусственно инфицированным Cl. perfringens уменьшило тяжесть поражений кишечника и значительно уменьшило количество патогенных клеток в ЖКТ (Jayaraman et al., 2013). B. subtilis штамм PB6 продуцирует термостойкий и антиклостридиальный фактор, который можно использовать для контроля клостридиальных инфекций, вызванных Cl. perfringens и Cl. difficile (Teo and Tan, 2005). 

Кокцидиоз является наиболее важным простейшим паразитарным заболеванием домашней птицы из-за его неустойчивости, высокой резистентности к антикокцидиальным препаратам и серьезных экономических последствий заражения стад (Williams, 1999). Болезнь вызвана различными видами простейших Eimeria, которые колонизируют разные участки ЖКТ. Исследования, оценивающие влияние пробиотиков на кокцидиоз, дали неокончательные результаты (Dalloul et al., 2003; Lee et al., 2007). Однако Giannenas et al. (2012) обнаружили уменьшение кокцидиоза с использованием пробиотиков на основе E. faecium, B. animalis, L. reuteri и B. subtilis как в отдельности, так и в комбинации. 

Применение в свиноводстве

Добавление коммерческого пробиотика, содержащего споры B. licheniformis и B. subtilis к рациону свиней до отъема, доращивания и финишеров с дозировкой от 0,64 до 1,28 × 106 КОЕ / г корма значительно снижает заболеваемость и смертность (Alexopoulos et al. , 2004b). 

Эта же комбинация пробиотиков для супоросных свиноматок за две недели до опороса и во время лактации уменьшала диарею и смертность поросят и увеличивала их массу (Alexopoulos et al., 2004a), а также препятствовала потери веса у свиноматок во время лактации, способствуя производству молока с высоким содержанием жира и белка. 

В молочном животноводстве

Возрастает интерес к управлению экосистемой рубца для повышения эффективности процессов ферментации с целью улучшения продуктивности животных и сокращения нежелательных побочных продуктов, таких как метан. Дрожжи (S. cerevisiae) являются широко используемым пробиотиком у жвачных животных (Chaucheyras-Durand, Walker and Bach, 2008), которые в основном влияют на динамику микробной популяции в рубце и усвоение питательных веществ. Бактерии, потребляющие молочную кислоту, являются еще одной важной группой пробиотиков для КРС. 

Приложение 1. Микроорганизмы-пробиотики в кормлении животных