Фитобиотики как потенциальные регуляторы функциональной активности микробиома кишечника у цыплят-бройлеров - мини-обзор

Фитобиотики как потенциальные регуляторы функциональной активности микробиома кишечника у цыплят-бройлеров - мини-обзор

Автор: Сизова Е.А., Нечитайло К.С., Лебедев С.В.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Обзоры, проблемы

Статья в выпуске: 6 т.57, 2022 года.

Бесплатный доступ

Эффективность выращивания цыплят-бройлеров напрямую зависит от функционального состояния желудочно-кишечного тракта (N. Abdelli c соавт., 2021). Микробиом кишечника играет ключевую роль в модуляции иммунной системы и регуляции пищеварительной функции. Взаимосвязь между рационом и таксономическим профилем вызывает особый интерес к функциональным продуктам питания, положительно влияющим на микробиом (S. Khan c соавт., 2020). Метаболиты, синтезируемые микроорганизмами кишечника, служат основными модуляторами перекрестной коммуникации между хозяином и микробиомом. Среди таковых выделяют короткоцепочечные жирные кислоты, триптамин, конъюгированные линолевые кислоты, индол и его производные, а также желчные кислоты (S.A. Lee c соавт., 2017; S. Khan c соавт., 2020). Следовательно, микробиом - это основополагающее звено в поддержании продуктивных взаимодействий между хозяином и кишечником (S.A. Lee c соавт., 2017). Фитобиотики (ФБ) служат безопасной и эффективной альтернативой кормовым антибиотикам (M. Kikusato c соавт., 2021). Цель настоящего обзора - систематизация информации об эффективности ФБ как потенциальных регуляторов микробиома кишечника у цыплят-бройлеров. Полезные функции растительных экстрактов в основном зависят от их специфических биоактивных компонентов (органические кислоты, полисахариды, флавоны), которые синтезируются в качестве антимикробных средств против патогенных микроорганизмов (O.A. Багно c соавт., 2018; J.J. Flees c соавт., 2021). Известно, что механизм действия ФБ заключается в разрушении мембраны патогенных микроорганизмов, модификации поверхности клеток с изменением вирулентности, стимуляции иммунной системы (S. Diaz-Sanchez c соавт., 2015). Контакт микробиома и фитохимических веществ - это двусторонний процесс, в котором бактерии метаболизируют полифенолы в более простые метаболиты, в свою очередь, полифенолы оказывают влияние на популяцию кишечных микроорганизмов, приводя к сдвигу метаболической активности (Y. Iqbal c соавт., 2020). ФБ контролируют рост и таксономический состав микробиома кишечника, поскольку фитохимические вещества подобно пребиотикам положительно влияют на состояние желудочно-кишечного тракта даже при минимальном всасывании в тонком кишечнике (J. Martel c соавт., 2020). При скармливании фитохимических веществ повышаются показатели продуктивности птицы. Установлено, что дополнение рациона ФБ оказывает положительный эффект на метаболическую активность организма и повышает его адаптационный потенциал, что выражается в активации экспрессии некоторых генов ( IL6 и BPIFB3 ) как у зараженных, так и у незараженных птиц (G.Y. Laptev c соавт., 2021). Растительные соединения способны не только напрямую улучшать здоровье цыплят-бройлеров, но и модулировать микробиоту их желудочно-кишечного тракта, повышая продуктивность (O.A. Багно c соавт., 2018). Эксперименты, выполненные по этой тематике, демонстрируют противоречивые результаты, но в любом случае полученные к настоящему времени данные отражают сложный характер связей между окружающей средой, хозяином и микробиомом. Для выяснения механизмов модулирующего действия ФБ на экосистему желудочно-кишечного тракта бройлеров необходимы дальнейшие исследования.

Еще

Фитобиотики, фитогенные соединения, цыплята-бройлеры, продуктивность, стимуляторы роста, микробиом

Короткий адрес: https://sciup.org/142237377

IDR: 142237377   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2022.6.1071rus

Список литературы Фитобиотики как потенциальные регуляторы функциональной активности микробиома кишечника у цыплят-бройлеров - мини-обзор

  • Flees J.J., Ganguly B., Dridi S. Phytogenic feed additives improve broiler feed efficiency via modulation of intermediary lipid and protein metabolism-related signaling pathways. Poultry Sci-ence, 2021, 100(3): 100963 (doi: 10.1016/j.psj.2020.12.060).
  • Abdelli N., Solà-Oriol D., Pérez J.F. Phytogenic feed additives in poultry: achievements, pro-spective and challenges. Animals (Basel), 2021, 11(12): 3471 (doi: 10.3390/ani11123471).
  • Khan S., Moore R.J., Stanley D., Chousalkar K.K. The gut microbiota of laying hens and its manipulation with prebiotics and probiotics to enhance gut health and food safety. Appl. Environ. Microbiol., 2020, 86(13): e00600-20 (doi: 10.1128/AEM.00600-20).
  • Wickramasuriya S.S., Park I., Lee K., Lee Y., Kim W.H., Nam H., Lillehoj H.S. Role of physi-ology, immunity, microbiota, and infectious diseases in the gut health of poultry. Vaccines, 2022, 10(2): 172 (doi: 10.3390/vaccines10020172).
  • Lee S.A., Apajalahti J., Vienola K., González-Ortiz G., Fontes C.M.G.A., Bedford M.R. Age and dietary xylanase supplementation affects ileal sugar residues and short chain fatty acid con-centration in the ileum and caecum of broiler chickens. Anim. Feed Sci. Technol., 2017, 234: 29-42 (doi: 10.1016/j.anifeedsci.2017.07.017).
  • Stevanović Z.D., Bošnjak-Neumüller J., Pajić-Lijaković I., Raj J., Vasiljević M. Essential oils as feed additives-future perspectives. Molecules, 2018, 23(7): 1717 (doi: 10.3390/molecules23071717).
  • Kikusato M. Phytobiotics to improve health and production of broiler chickens: functions beyond the antioxidant activity. Animal Bioscience, 2021, 34(3): 345-353 (doi: 10.5713/ab.20.0842).
  • Valenzuela-Grijalva N.V., Pinelli-Saavedra A., Muhlia-Almazan A., Domínguez-Díaz D., Gon-zález-Ríos H. Dietary inclusion effects of phytochemicals as growth promoters in animal produc-tion. Journal of Animal Science and Technology, 2017, 59: 8 (doi: 10.1186/s40781-017-0133-9).
  • Abd El-Hack M.E., El-Saadony M.T., Elbestawy A.R., Gado A.R., Nader M.M., Saad A.M., El-Tahan A.M., Taha A.E., Salem H.M., El-Tarabily K.A. Hot red pepper powder as a safe alternative to antibiotics in organic poultry feed: an updated review. Poultry Science, 2022, 101(4): 101684 (doi: 10.1016/j.psj.2021.101684).
  • Abd El-Hack M.E., El-Saadony M.T., Salem H.M., El-Tahan A.M., Soliman M.M., Youssef G.B.A., Taha A.E., Soliman S.M., Ahmed A.E., El-Kott A.F., Al Syaad K.M., Swe-lum A.A. Alternatives to antibiotics for organic poultry production: types, modes of action and impacts on bird's health and production. Poultry Science, 2022, 101(4): 101696 (doi: 10.1016/j.psj.2022.101696).
  • Babinszky L., Szabó C., Horváth M. Perspective chapter: using feed additives to eliminate harmful effects of heat stress in broiler nutrition. In: Advanced studies in the 21st century animal nutrition /L. Babinszky, J. Oliveira, E.M. Santos (eds.). London, IntechOpen, 2021 (doi: 10.5772/intechopen.101030).
  • Lee S.H., Bang S., Jang H.H., Lee E.B., Kim B.S., Kim S.H., Kang S.H., Lee K. W., Kim D.W., Kim J.B., Choe J.S., Park S.Y., Lillehoj H.S. Effects of Allium hookeri on gut microbiome related to growth performance in young broiler chickens. PLoS ONE, 2020, 15(1): e0226833 (doi: 10.1371/journal.pone.0226833).
  • Liu R.H. Potential synergy of phytochemicals in cancer prevention: mechanism of action. J. Nutr., 2004, 134(12): 3479S-3485S (doi: 10.1093/jn/134.12.3479S).
  • Lyu X., Lee J., Chen W.N. Potential natural food preservatives and their sustainable production in yeast: terpenoids and polyphenols. J. Agric. Food Chem., 2019, 67(16): 4397-4417 (doi: 10.1021/acs.jafc.8b07141).
  • Gholami-Ahangaran M., Ahmadi-Dastgerdi A., Azizi S., Basiratpour A., Zokaei M., De-rakhshan M. Thymol and carvacrol supplementation in poultry health and performance. Veteri-nary Medicine and Science, 2022, 8(1): 267-288 (doi: 10.1002/vms3.663).
  • Diaz-Sanchez S., D'Souza D., Biswas D., Hanning I. Botanical alternatives to antibiotics for use in organic poultry production. Poultry Science, 2015, 94(6): 1419-1430 (doi: 10.3382/ps/pev014).
  • Adame-Gallegos J.R., Andrade-Ochoa S., Nevarez-Moorillon G.V. Potential use of Mexican oregano essential oil against parasite, fungal and bacterial pathogens. Journal of Essential Oil Bearing Plants, 2016, 19(3): 553-567 (doi: 10.1080/0972060x.2015.1116413).
  • Tang C., Chen J., Zhang L., Zhang R., Zhang S., Ye S., Zhao Z., Yang D. Exploring the antibacterial mechanism of essential oils by membrane permeability, apoptosis and biofilm formation combination with proteomics analysis against methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Interna-tional Journal of Medical Microbiology, 2020, 310(5): 151435 (doi: 10.1016/j.ijmm.2020.151435).
  • Strahl H., Errington J. Bacterial membranes: structure, domains, and function. Annual Review of Microbiology, 2017, 71: 519-538 (doi: 10.1146/annurev-micro-102215-095630).
  • Xiang F., Bai J., Tan X., Chen T., Yang W., He F. Antimicrobial activities and mechanism of the essential oil from Artemisia argyi Levl. et Van. var. argyi cv. Qiai. Industrial Crops and Products, 2018, 125: 582-587 (doi: 10.1016/j.indcrop.2018.09.048).
  • Lambert R.J.W., Skandamis P.N., Coote P.J., Nychas, G.J.E. A study of the minimum inhibitory concentration and mode of action of oregano essential oil, thymol and carvacrol. Journal of Ap-plied Microbiology, 2001, 91(3): 453-462 (doi: 10.1046/j.1365-2672.2001.01428.x).
  • Tzora A., Giannenas I., Karamoutsios A., Papaioannou N., Papanastasiou D., Bonos E., Skoufos S., Bartzanas T., Skoufos I. Effects of oregano, attapulgite, benzoic acid and their blend on chicken performance, intestinal microbiology and intestinal morphology. The Journal of Poultry Science, 2017, 54(3): 218-227 (doi: 10.2141/jpsa.0160071).
  • Angane M., Swift S., Huang K., Butts C.A., Quek S.Y. Essential oils and their major components: an updated review on antimicrobial activities, mechanism of action and their potential application in the food industry. Foods, 2022, 11(3): 464 (doi: 10.3390/foods11030464).
  • Nikaido H. Prevention of drug access to bacterial targets: permeability barriers and active efflux. Science, 1994, 264(5157): 382-388 (doi: 10.1126/science.8153625).
  • Bakkali F., Averbeck S., Averbeck D., Idaomar M. Biological effects of essential oils — a review. Food and Chemical Toxicology, 2008, 46(2): 446-475 (doi: 10.1016/j.fct.2007.09.106).
  • Natural products from plants (2nd ed.) /L.J. Cseke, A. Kirakosyan, P.B. Kaufman, S. Warber, J.A. Duke, H.L. Brielmann. CRC Press, 2006.
  • Ghiasvand A.R., Khatibjoo A., Mohammadi Y., Akbari Gharaei M., Shirzadi H. Effect of fennel essential oil on performance, serum biochemistry, immunity, ileum morphology and microbial population, and meat quality of broiler chickens fed corn or wheat-based diet. British Poultry Science, 2021, 62(4): 562-572 (doi: 10.1080/00071668.2021.1883551).
  • Ali U., Naveed S., Qaisrani S.N., Mahmud A., Hayat Z., Abdullah M., Kikusato M., Toyo-mizu M. Characteristics of essential oils of Apiaceae family: their chemical compositions, in vitro properties and effects on broiler production. The Journal of Poultry Science, 2022, 59(1): 16-37 (doi: 10.2141/jpsa.0210042).
  • Iqbal Y., Cottrell J.J., Suleria H., Dunshea F.R. Gut microbiota-polyphenol interactions in chicken: a review. Animals, 2020, 10(8): 1391 (doi: 10.3390/ani10081391).
  • Paraskeuas V.V., Mountzouris K.C. Modulation of broiler gut microbiota and gene expression of Toll-like receptors and tight junction proteins by diet type and inclusion of phytogenics. Poultry Science, 2019, 98(5): 2220-2230 (doi: 10.3382/ps/pey588).
  • Martel J., Ojcius D.M., Ko Y.F., Young J.D. Phytochemicals as prebiotics and biological stress inducers. Trends in Biochemical Sciences, 2020, 45(6): 462-471 (doi: 10.1016/j.tibs.2020.02.008).
  • Yu M., Li Z., Chen W., Wang G., Cui Y., Ma X. dietary supplementation with citrus extract altered the intestinal microbiota and microbial metabolite profiles and enhanced the mucosal immune homeostasis in yellow-feathered broilers. Frontiers in Microbiology, 2019, 10: 2662 (doi: 10.3389/fmicb.2019.02662).
  • Ur Rahman S., Khan S., Chand N., Sadique U., Khan R.U. In vivo effects of Allium cepa L. on the selected gut microflora and intestinal histomorphology in broiler. Acta Histochemica, 2017, 119(5): 446-450 (doi: 10.1016/j.acthis.2017.04.004).
  • Alali W.Q., Hofacre C.L., Mathis G.F., Faltys G. Effect of essential oil compound on shedding and colonization of Salmonella enterica serovar Heidelberg in broilers. Poultry Science, 2013, 92(3): 836-841 (doi: 10.3382/ps.2012-02783).
  • Liu Z.-Y., Wang X.-L., Ou S.-Q., Hou D.-X., He J.-H. Sanguinarine modulate gut microbiome and intestinal morphology to enhance growth performance in broilers. PLoS ONE, 2020, 15(6): e0234920 (doi: 10.1371/journal.pone.0234920).
  • Kiu R., Caim S., Alexander S., Pachori P., Hall L.J. Probing genomic aspects of the multi-host pathogen Clostridium perfringens reveals significant pangenome diversity, and a diverse array of virulence factors. Frontiers in Microbiology, 2017, 8: 2485 (doi: 10.3389/fmicb.2017.02485).
  • Upadhaya S.D., Cho S.H., Chung T.K., Kim I.H. Anti-coccidial effect of essential oil blends and vitamin D on broiler chickens vaccinated with purified mixture of coccidian oocyst from Eimeria tenella and Eimeria maxima. Poultry Science, 2019, 98(7): 2919-2926 (doi: 10.3382/ps/pez040).
  • Theilmann M.C., Goh Y.J., Nielsen K.F., Klaenhammer T.R., Barrangou R., Abou Hachem M. Lactobacillus acidophilus metabolizes dietary plant glucosides and externalizes their bioactive phy-tochemicals. mBio, 2017, 8(6): e01421-17 (doi: 10.1128/mBio.01421-17).
  • Espín J.C., González-Sarrías A., Tomás-Barberán F.A. The gut microbiota: A key factor in the therapeutic effects of (poly)phenols. Biochemical Pharmacology, 2017, 139: 82-93 (doi: 10.1016/j.bcp.2017.04.033).
  • Bauer B.W., Gangadoo S., Bajagai Y.S., Van T.T.H., Moore R.J., Stanley D. Oregano powder reduces Streptococcus and increases SCFA concentration in a mixed bacterial culture assay. PLoS ONE, 2019, 14(12): e0216853 (doi: 10.1371/journal.pone.0216853).
  • Huang P., Zhang Y., Xiao K. Jiang F., Wang H., Tang D., Liu D., Liu B., Liu Y., He X., Liu H., Liu X., Qing Z., Liu C., Huang J., Ren Y., Yun L., Yin L., Lin Q., Zeng C., Su X., Yuan J., Lin L., Hu N., Cao H., Huang S., Guo Y., Fan W., Zeng J. The chicken gut metagenome and the modulatory effects of plant-derived benzylisoquinoline alkaloids. Microbiome, 2018, 6(1): 211 (doi: 10.1186/s40168-018-0590-5).
  • Zhu C., Huang K., Bai Y., Feng X., Gong L., Wei C., Huang H., Zhang H. Dietary supplemen-tation with berberine improves growth performance and modulates the composition and function of cecal microbiota in yellow-feathered broilers. Poultry Science, 2021, 100(2): 1034-1048 (doi: 10.1016/j.psj.2020.10.071).
  • Chen F., Zhang H., Du E., Fan Q., Zhao N., Jin F., Zhang W., Guo W., Huang S., Wei J. Supplemental magnolol or honokiol attenuates adverse effects in broilers infected with Salmonella pullorum by modulating mucosal gene expression and the gut microbiota. Journal of Animal Science and Biotechnology, 2021, 12(1): 87 (doi: 10.1186/s40104-021-00611-0).
  • Mohebodini H., Jazi V., Ashayerizadeh A., Toghyani M., Tellez-Isaias G. Productive parameters, cecal microflora, nutrient digestibility, antioxidant status, and thigh muscle fatty acid profile in broiler chickens fed with Eucalyptus globulus essential oil. Poultry Science, 2021, 100(3): 100922 (doi: 10.1016/j.psj.2020.12.020).
  • Abad P., Arroyo-Manzanares N., Ariza J.J., Baños A., García-Campaña A.M. Effect of Allium extract supplementation on egg quality, productivity, and intestinal microbiota of laying hens. Animals, 2020, 11(1): 41 (doi: 10.3390/ani11010041).
  • Hosseinzadeh H., Alaw Qotbi A.A., Seidavi A., Norris D., Brown D. Effects of different levels of coriander (Coriandrum sativum) seed powder and extract on serum biochemical parameters, microbiota, and immunity in broiler chicks. The Scientific World Journal, 2014, 2014: 628979 (doi: 10.1155/2014/628979).
  • Hemati M., Jafar Fakhraei J., Yaghobfar A., Mansoori Yarahmadi H. Effects of hydroalcoholic extract of hogweed and anise on broiler meat quality, immune responses, and intestinal microflora and morphology. Jundishapur Journal of Natural Pharmaceutical Products, 2020, 15(1): e90870 (doi: 10.5812/jjnpp.90870).
  • Kolbadinejad A., Rezaeipour V. Efficacy of ajwain (Trachyspermum ammi L.) seed at graded levels of dietary threonine on growth performance, serum metabolites, intestinal morphology and mi-crobial population in broiler chickens. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition, 2020, 104(5): 1333-1342 (doi: 10.1111/jpn.13357).
  • Adaszyńska-Skwirzynska M, Szczerbińska D. The effect of lavender (Lavandula angustifolia) es-sential oil as a drinking water supplement on the production performance, blood biochemical parameters, and ileal microflora in broiler chickens. Poultry Science, 2019, 98(1): 358-365 (doi: 10.3382/ps/pey385).
  • Saki A., Kalantar M., Khoramabadi V. Effects of drinking thyme essence (Thymus vulgaris L.) on growth performance, immune response and intestinal selected bacterial population in broiler chickens. Poultry Science Journal, 2014, 2(2): 113-123 (doi: 10.22069/psj.2014.1960).
  • Azzam M.M., Qaid M.M., Al-Mufarrej S.I., Al-Garadi M.A., Albaadani H.H., Alhidary I.A. Rumex nervosus leaves meal improves body weight gain, duodenal morphology, serum thyroid hormones, and cecal microflora of broiler chickens during the starter period. Poultry Science, 2020, 99(11): 5572-5581 (doi: 10.1016/j.psj.2020.08.023).
  • Díaz Carrasco J.M., Redondo E.A., Pin Viso N.D., Redondo L.M., Farber M.D., Fernández Miyakawa M.E. Tannins and bacitracin differentially modulate gut microbiota of broiler chickens. BioMed Research International, 2018, 2018: 1879168 (doi: 10.1155/2018/1879168).
  • Abd El-Hack M.E., Alagawany M., Abdel-Moneim A.E., Mohammed N.G., Khafaga A.F., Bin-Jumah M., Othman S., Allam A.A., Elnesr S.S. Cinnamon (Cinnamomum zeylanicum) oil as a potential alternative to antibiotics in poultry. Antibiotics, 2020, 9(5): 210 (doi: 10.3390/antibiot-ics9050210). 54. Yang Y., Zhao L.L., Shao Y.X., Liao X.D., Zhang L.Y., Lin L.U., Luo X.G. Effects of dietary graded levels of cinnamon essential oil and its combination with bamboo leaf flavonoid on im-mune function, antioxidative ability and intestinal microbiota of broilers. Journal of Integrative Agriculture, 2019, 18(9): 2123-2132 (doi: 10.1016/S2095-3119(19)62566-9).
  • Poorghasemi M., Seidavi A., Mohammadi M., Simões J., Laudadio V., Tufarelli V. Effect of dietary inclusion of lemon balm (Melissa officinalis L.) extract on performance, gut microflora, blood parameters, immunity and carcass traits of broilers. The Journal of Poultry Science, 2017, 54(4): 263-270 (doi: 10.2141/jpsa.0170001).
  • Ramiah S.K., Zulkifli I., Rahim N.A., Ebrahimi M., Meng G.Y. Effects of two herbal extracts and virginiamycin supplementation on growth performance, intestinal microflora population and Fatty Acid composition in broiler chickens. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 2014, 27(3): 375-382 (doi: 10.5713/ajas.2013.13030).
  • Ürüşan H., Bölükbaşi̇ Ş.C. Effects of dietary supplementation levels of turmeric powder (Curcuma longa) on performance, carcass characteristics and gut microflora in broiler chickens. Journal of Animal and Plant Sciences, 2017, 27(3): 732-736.
  • Chen Y., Ni J., Li H. Effect of green tea and mulberry leaf powders on the gut microbiota of chicken. BMC Vet. Res., 2019, 15: 77 (doi: 10.1186/s12917-019-1822-z).
  • Rossi B., Toschi A., Piva A., Grilli E. Single components of botanicals and nature-identical com-pounds as a non-antibiotic strategy to ameliorate health status and improve performance in poultry and pigs. Nutrition Research Reviews, 2020, 33(2): 218-234 (doi: 10.1017/S0954422420000013).
  • Cheng L., Zhang W., Jin Q., Zhu Y., Chen R., Tian Q., Yan N., Guo L. The effects of dietary supplementation with lotus leaf extract on the immune response and intestinal microbiota composi-tion of broiler chickens. Poultry Science, 2021, 100(3): 100925 (doi: 10.1016/j.psj.2020.12.023).
  • Laptev G.Y., Yildirim E.A., Ilina L.A., Filippova V.A., Kochish I.I., Gorfunkel E.P., Du-brovin A.V., Brazhnik E.A., Narushin V.G., Novikova N.I., Novikova O.B., Dunyashev T.P., Smolensky V.I., Surai P.F., Griffin D.K., Romanov M.N. Effects of essential oils-based supple-ment and salmonella infection on gene expression, blood parameters, cecal microbiome, and egg production in laying hens. Animals (Basel), 2021, 11(2): 360 (doi: 10.3390/ani11020360).
  • Багно О.А., Прохоров О.Н., Шевченко С.А., Шевченко А.И., Дядичкина Т.В Фитобио-тики в кормлении сельскохозяйственных животных (обзор). Сельскохозяйственная биоло-гия, 2018, 53(4): 687-697 (doi: 10.15389/agrobiology.2018.4.687rus).
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp