Микробиота желудочно-кишечного тракта домашних плотоядных

Сложная экосистема кишечных бактерий оказывает огромное влияние на здоровье хозяина. Взаимодействия между бактериями и хозяином опосредованы прямым контактом микробов с иммунной системой и различными метаболитами микробиоты. Физиологический микробиом модулирует иммунную систему, защищает от энтеропатогенов и обеспечивает питательные преимущества для хозяина.

Изменения в сложных отношениях между кишечными бактериями и клетками-хозяевами влияют на иммунные реакции хозяина и метаболический статус и могут привести к заболеванию. В недавних исследованиях описан дисбактериоз кишечника (т.е. изменения состава и/или разнообразия кишечной микробиоты) при различных острых и хронических желудочно-кишечных (ЖКТ) заболеваниях [1]. Кроме того, первоначальные данные на моделях человека и животных связывают хронический дисбактериоз, например, вызванный воздействием антибиотиков, с внекишечными расстройствами, такими как диабет и ожирение [2; 3]. Результаты подчеркивают важность кишечной микробиоты и дисбиоза в регуляции метаболизма хозяина, последствия которых отражаются на общем состоянии организма.

Сегодня ведется разработка молекулярных анализов для определенных групп бактерий, расчетов индексов микробного дисбиоза и анализов микробных функциональных метаболитов, чтобы помочь оценить дисбиоз; понять патофизиологию желудочнокишечных заболеваний; также это может способствовать новым диагностическим и терапевтическим подходам к дисбактериозу.

Цель обзора – обобщение и систематизация данных современной научной литературы о микробиоте желудочно-кишечного тракта домашних плотоядных.

Материалы и методы

Проведен поиск и систематизация научных публикаций отечественных и зарубежных авторов, в которых отражены данные о количественном и качественном составе микробиоты желудочно-кишечного тракта домашних плотоядных. Поиск литературных источников осуществляли в электронных базах: платформа онлайн-обучения «Уралбиовет Консалтинг» , база данных научной периодики «PubMed» , электронное ветеринарное руководство MSD Veterinary Manual , электронный ветеринарный журнал «TVP» . Временной диапазон поиска – 2005–2022 гг.

Применены следующие фильтры: систематический обзор (systematic review), клиническое исследование (clinical trial), ветеринарные науки (veterinary science). Язык публикаций: русский и английский.

Результаты исследований

В результате исследований установлено, что у животных одного вида микробиота похожа, но отличается на уровне видов и штаммов. У каждой собаки и кошки свой микробный профиль. Кроме того, выявлено, что количество бактерий и разнообразие их видового состава увеличивается в зависимости от локализации в желудочнокишечном тракте (просвет кишечника или слизистая оболочка), варьирует в зависимости от кормления и голодания.

Vestnik of Omsk SAU, 2023, no. 1(49) VETERINARY AND ZOOTECHNY

Ротовая полость – важная часть кишечной экосистемы. Бактерии постоянно проглатываются и могут колонизировать части кишечника. Из слюны собак были выделены актиномицеты – 26%, стрептококки – 18%, Granulicatella – 17%, Bacteroides melani-nogenicus, Corynebacterium. Бактерии из налета и зубного камня представлены Porphy-romonas – 20%, актиномицеты – 12%, Neisseria – 10%.

Кишечная микробиота включает вирусы, бактерии, грибы и простейшие.

Большинство исследований на сегодняшний день сосредоточены на бактериальной микробиоте, которая, по оценкам, составляет подавляющее большинство кишечной микробиоты.

В кишечнике, по оценкам, присутствуют 100 триллионов микробных клеток, это в 10 раз превышает количество клеток млекопитающих во всем организме. В совокупности микробные гены превосходят количество генов хозяина примерно в 10 раз.

Количество бактерий в двенадцатиперстной и тощей кишках собак и кошек составляет 102–109 КОЭ/г: значительно выше, чем в двенадцатиперстной кишке человека (<105 КОЭ/г). У кошек больше анаэробных бактерий в тонком кишечнике по сравнению с собаками. В подвздошной кишке микробов больше (107 КОЭ/мл содержимого) и их видовой состав разнообразней, чем в проксимальном отделе тонкого кишечника. Количество бактерий в толстой кишке колеблется – 109–1011 КОЭ/г. Преобладающими бактериальными группами кишечника собак и кошек являются Bacteroides, Clostridium, Lactobacillus, Bifidobacterium spp. и Enterobacteriaceae.

Чаще всего возбудители инфекционных болезней желудочно-кишечного тракта домашних плотоядных – Campylobacter spp., Clostridium spp., E. coli, Salmonella spp.

Campylobacter jejuni, C. coli, C. upsaliensis и C. helveticus – комменсальные микроорганизмы кишечника собак и кошек. Распространенность кампилобактерий у здоровых собак регистрируют в пропорциях: C. jejuni – 49%, C. coli – 5%, C. upsaliensis – 19%, а у кошек – C. jejuni – 46%, C. coli – 1%, C. upsaliensis – 5% и C. helveticus – 22%. При определенных условиях Campylobacter может вызывать патологию желудочнокишечного тракта. К факторам риска относят молодой возраст животного, иммунокомпетентность, предшествующую терапию, например, антибиотиками, неудовлетворительные условия содержания и т.д. [4].

Палочковидная бактерия Clostridium perfringens является облигатным анаэробом. Он способствует нормальной микробной экологии и питанию толстого кишечника здоровых собак и кошек. При определенных условиях пролиферация и споруляция Cl. per-fringens способствуют образованию энтеротоксина А (или CPE – Clostridium perfringens Enterotoxin), который может вызывать повреждение слизистой оболочки, секрецию жидкости в просвет кишечника и диарею по толстокишечному типу.

Cl. perfringens подозревается в качестве энтеропатогена собак. Однако его точная роль в расстройствах желудочно-кишечного их тракта остается неизвестной.

Недавние исследования свидетельствуют о важности измененной кишечной микробиоты в активации факторов вирулентности энтеропатогенов. Цель исследования состояла в том, чтобы оценить взаимосвязь между диареей, дисбактериозом и наличием Cl. perfringens и его энтеротоксина (CPE).

Образцы кала были собраны проспективно у 95 здоровых контрольных собак и 104 собак с заболеваниями ЖКТ и оценены на обилие бактерий и наличие CPE с ис-

Vestnik of Omsk SAU, 2023, no. 1(49) VETERINARY AND ZOOTECHNY пользованием количественной ПЦР и ELISA соответственно. Cl. perfringens обнаружен у всех собак. Потенциально энтеротоксигенные Cl. perfringens обнаружены у 33,7% здоровых контрольных собак и 48,1% больных собак соответственно. CPE был обнаружен с помощью ИФА у 1,0% контрольных собак и 16,3% больных.

Численность Fusobacteria, Ruminococcaceae, Blautia и Faecalibacterium значительно снижена у больных собак, в то время как численность Bifidobacterium, Lactobacillus и Escherichia coli значительно увеличена по сравнению с контрольными собаками. Микробный дисбактериоз не зависел от присутствия энтеротоксигенных Cl. perfringens или CPE [5].

Большинство штаммов кишечной палочки являются комменсалами, которые не вызывают болезнь. Штаммы кишечной палочки, обусловливающие диарею, разделяют на четыре вида – энтероинвазивный, энтеропатогенный, энтерогеморрагический и эн-тероадгезивный. Все перечисленные штаммы выделены от собак и кошек с диареей. E. coli может быть выращена из фекалий здоровых собак и кошек, поэтому положительный посев не обязательно указывает на заболевание. Идентификация патогенных штаммов требует современных молекулярных технологий, таких как биоанализ, гибридизация ДНК и ПЦР-амплификация.

Факультативные анаэробные палочковидные бактерии Salmonella spp . можно обнаружить в кале здоровых собак. В результате исследования установлено, что от 1% до 30% образцов кала или ректальных мазков, взятых у здоровых домашних собак, 16,7% – от собак в питомниках и 21,5% – у госпитализированных оказались положительными в посеве на сальмонеллез. У здоровых кошек (от 1% до 18%) также выделяли сальмонеллу. У собак с диареей чаще всего выделяют Salmonella typhimurium .

Риску заражения сальмонеллой наиболее подвержены молодые и иммунокомпетентные животные с сопутствующими болезнями желудочно-кишечного тракта, например, парвовирусной инфекцией или паразитарной инвазией, и животные, получающие терапию глюкокортикоидами [4] .

До недавнего времени идентификацию кишечных бактерий осуществляли почти исключительно с использованием традиционной бактериальной культуры. Культура фекалий все еще может быть полезна для обнаружения специфических энтеропатогенов, таких как Salmonella или Campylobacter jejuni, поскольку этот подход позволяет проводить тестирование чувствительности клинических образцов к антибиотикам, но подавляющее большинство кишечных бактерий являются строгими анаэробами и не обнаруживаются при использовании стандартных методов культивирования. Поэтому обычная бактериальная культура не позволяет подробно охарактеризовать сложные кишечные бактериальные сообщества. В настоящее время для описания микробиоты кишечника используют ряд молекулярных методов [6].

Традиционные бактериальные культуры, а также молекулярные подходы выявили различия в типе и количестве бактерий в желудочно-кишечном тракте. Бактериальная численность в двенадцатиперстной кишке здоровых собак колеблется от 102 до 109 колониеобразующих единиц (КОЕ)/г [8]. В толстой кишке содержится гораздо больше, до 1011 КОЕ/г [7].

Молекулярные инструменты позволяют идентифицировать ранее некультивируе-мые и, следовательно, неизвестные бактерии.

Установлено, что двенадцатиперстная кишка содержит смесь аэробных и факультативно-анаэробных бактерий, в то время как толстая кишка колонизирована почти исключительно строгими анаэробами. В толстой кишке преобладают группы бактерий

Vestnik of Omsk SAU, 2023, no. 1(49)

VETERINARY AND ZOOTECHNY

Clostridiaceae, Bacteroidaceae, Prevotellaceae и Fusobacteriaceae (рис. 1). Каждый столбец на рисунке представляет состав микробиоты одной здоровой собаки.

t nteroboctenoceae

• ■    Su«inivib,ionoceor

• ■    Hehtobotttfoceoe

• •    Campvtobocteroceac

• ■    Akoligenoceoc

• ■    Corwbocttrxxeoe

• ■    Bifidotxxtenocro#

TufKibocterottoe

Strcptococcoceaf

• ■    tnterococcaceoe

s BotiHocroe

• ■    fusoboctenoteoe

• ■    tryiipetotnchocew

• ■    Ruminotoccoceoe

• ■    Veillontllocroe

• ■    Pept«treptx

Peptotoccoceoe

• ■    Clostridiolei;l_

• ■    CtoMhdwIei.tthef

• ■    OoMhdioctee

• ■    Lochnospiroctoe

IPoraprevotrllaceof)

ч Prevoielloceo*

• ■    Porphyfomonadoceot

• ■    Bacteroidoceoe

Рис. 1. Разнообразие кишечной микробиоты у здоровых собак [8]

Следует отметить, что у каждой собаки есть уникальное микробное сообщество с отчетливыми различиями в пропорциях этих бактериальных групп. Исходя из этого, индивидуальные различия в видах микробов могут вызывать индивидуальную реакцию на различные диеты, источники клетчатки и пробиотики.

Желудочно-кишечный тракт также является домом для разнообразной популяции вирусов и грибков. В одном исследовании описано до 40 видов грибков в образцах фекалий собак; большинство из них были различными Candida spp.

Основные группы бактерий в кишечнике – строгие или факультативные анаэробы [9].

В последние годы для кормления собак все более популярны диеты на основе сырого мяса (raw meat-based diets – RMBD). Сторонники утверждают, что RMBD более естественен для собак, потому что это то, что едят их предки (волки). Противники утверждают, что RMBD представляет опасность для здоровья как людей, так и животных из-за риска распространения зоонозных бактерий и устойчивых штаммов бактерий [10].

Такие диеты основаны на субпродуктах, которые не подвергались какой-либо обработке для снижения микробного обсеменения, поэтому существует риск присутствия потенциально патогенных микроорганизмов. Замороженные образцы из 60 упаковок RMBD от десяти различных производителей были проанализированы на содержание в них бактерий, принадлежащих к семейству Enterobacteriaceae, Clostridium perfringens, а также на присутствие Salmonella и Campylobacter .

Энтеробактерии обнаружены во всех 60 образцах и в 31-м образце превышали уровень 5000 бактерий/г, это порог удовлетворительной микробной гигиены в соответствии с нормами ЕС. В двух образцах количество Cl. perfringens превысило 5000 бакте-рий/г, а это максимальный уровень анаэробных бактерий, разрешенный национальными стандартами Швеции. Виды Salmonella обнаружены в четырех (7%) и виды Campylobacter – в трех (5%) образцах. Результаты показывают, что очень важно соблюдать правила гигиены при хранении, обращении и кормлении RMBD, ограничив потенциальные риски для здоровья животных и людей, особенно молодых людей и людей с ослабленным иммунитетом [11].

Vestnik of Omsk SAU, 2023, no. 1(49)

VETERINARY AND ZOOTECHNY

В другом перекрестном исследовании изучали различия в выделении бактерий с фекалиями между собаками, получавшими RMBD, сухой корм. Образцы фекалий от 50 собак проанализированы на наличие продуцирующей бета-лактамазы расширенного спектра (БЛРС) Escherichia coli, Campylobacter и Salmonella.

В результате у 25 собак, получавших RMBD, БЛРС (ESBL), выделена E coli в 13 образцах фекалий, Campylobacter – 12-ти и Salmonella – одном. У 25 собак, получавших сухой корм, БЛРС-продуцирующая кишечная палочка выделена из одного образца фекалий, а Campylobacter – из четырех, при этом сальмонеллы не обнаружены (рис. 2).

Рис. 2. Исследование образцов фекалий от собак, получавших диету на основе сырого мяса (RMBD), и собак, получавших сухие корма (Dry feed)

Таким образом, отмечена значительная разница в выделении зоонозных и резистентных бактерий с фекалиями между собаками, получавшими RMBD и сухой корм. Эти результаты подтверждают, что RMBD может представлять микробиологический риск не только для собак, но и для людей, контактирующих с RMBD и фекалиями собак [10].

Изменения в составе кишечного микробиома, также известные как дисбиоз, являются результатом многих факторов, таких как диета, антибиотики, стресс, болезни и т.д. Существует несколько способов модуляции кишечного микробиома: модулирование диеты, использование противомикробных препаратов, пре-, про-, постбиотиков и синбиотиков. Трансплантация фекальной микробиоты (ТФМ) представляет один из новых методов модуляции кишечной микробиоты у людей с целью реконструкции кишечного микробиома реципиента. В медицине эта форма бактериотерапии успешно применяется при рецидивирующей инфекции Clostridium difficile. Метод ТФМ известен в медицине крупных животных уже несколько лет, в то время как в медицине мелких животных его использование не является частью обычной практики [12].

Заключение

В результате анализа публикаций отечественных и зарубежных авторов установлено, что в желудочно-кишечном тракте собак и кошек обитает очень сложная микробиота, состоящая из бактерий, грибков, вирусов и простейших. До недавнего времени традиционная бактериальная культура обычно использовалась для идентификации бак-

Vestnik of Omsk SAU, 2023, no. 1(49) VETERINARY AND ZOOTECHNY терий, присутствующих в желудочно-кишечном тракте, но теперь общепризнано, что у стандартных методов посева нет достаточного разрешения для идентификации преимущественно анаэробных бактерий, обитающих в кишечнике.

В настоящее время разработаны молекулярные методы для оценки дисбиоза кишечника у собак и кошек с желудочно-кишечными заболеваниями, но эти подходы еще не так доступны для рутинной диагностики. Одним из новых методов модуляции микробиоты кишечника является трансплантация фекальной микробиоты.