Микрофлора кишечника кур и экспрессия связанных с иммунитетом генов под влиянием пробиотической и пребиотической кормовых добавок

Микрофлора кишечника кур и экспрессия связанных с иммунитетом генов под влиянием пробиотической и пребиотической кормовых добавок

Автор: Кочиш И.И., Мясникова О.В., Мартынов В.В., Смоленский В.И.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Современные достижения и проблемы генетики и биотехнологии в животноводстве

Статья в выпуске: 2 т.55, 2020 года.

Бесплатный доступ

Известно, что пробиотические и пребиотические препараты улучшают функционирование кишечника и нормализуют процессы переваривания корма у животных. Колонизация желудочно-кишечного тракта полезной микрофлорой способствует снижению отрицательного влияния патогенных или условно-патогенных микроорганизмов, поддержанию оптимальной кислотности среды, профилактике дисбиоза, стимуляции факторов местного и общего иммунитета. Однако биологические механизмы реализации подобных свойств этих препаратов все еще окончательно не выяснены. Мы оценили воздействие двух российских препаратов - многофункциональной кормовой добавки комплексного действия Профорт® (ООО «Биотроф», Россия), сочетающей качества фермента и пробиотика, и пребиотика Ветелакт («НВЦ Агроветзащита», Россия) на количественный и качественный состав микробиоты кишечника у яичных кур, впервые сопоставив их эффекты с экспрессией генов b-дефензина 9 ( AvBD9 ), интерлейкина 8 ( IL8 ), галлинацина-10 ( Gal-10 ) и проэнкефалина ( PENK ), которые связаны с защитными системами организма. В опытах использовали три группы кур (по 20 гол.) кросса Ломанн белый ЛСЛ (Lohmann LSL) с интенсивностью яйцекладки в возрасте 25 нед не менее 95 % (условия вивария, 2019 год). Кормление птицы осуществляли комбикормом, составленным с учетом требований паспорта на кросс. Введение в рацион опытных групп указанных биологически активных добавок проводили ежедневно в течение 28 сут. Ежесуточно учитывали яйценоскость, еженедельно рассчитывали интенсивность яйцекладки, определяли массу яиц и живую массу птицы. После окончания опыта при помощи NGS секвенирования был определен состав микробиоты слепых отростков кишечника и проведена оценка экспрессии генов b-дефензина 9 ( AvBD9 ), интерлейкина 8 ( IL8 ), галлинацина-10 ( Gal-10 ) и проэнкефалина ( PENK ). Известно, что b-дефензин 9 и галлинацин-10 относятся к семейству эндогенных пептидов, которые представляют собой важный элемент системы врожденного иммунитета и связующее звено между врожденным (неспецифическим) и приобретенным (адаптивным, специфическим) иммунитетом, проэнкефалин - один из шести опиоидных пептидов, которые регулируют передачу сигналов между клетками и влияют на многие биологические процессы у позвоночных, включая развитие, рост и размножение, а интерлейкин 8 - один из основных провоспалительных хемокинов, образуемый макрофагами, эпителиальными и эндотелиальными клетками, который также играет важную роль в системе врожденного иммунитета. Экспериментально установлено, что наибольшие показатели яичной продуктивности (на 3,33 % выше контроля, р 0,05), при этом живая масса кур превышала контроль на 0,9 % (р > 0,05). Скармливание пребиотика способствовало увеличению общего числа микроорганизмов в содержимом кишечника до 7,625±0,74 lg КОЕ/г (микробное число в контроле составляло 7,598±1,01 lg КОЕ/г), тогда как пробиотик снижал количество микроорганизмов до 7,565±0,56 lg КОЕ/г (р > 0,05). При этом обе кормовые добавки способствовали увеличению числа бифидо- и целлюлозолитических бактерий в кишечнике и снижали общее количество патогенной и нежелательной микрофлоры на 25-50 %. Уменьшение в составе микробиоты доли патогенных и нежелательных микроорганизмов закономерно снижало потребность организма в факторах неспецифической защиты и провоспалительных цитокинах. У получавших кормовые добавки птиц экспрессия гена b-дефензина 9 была ниже в 3,3-5,0 раза, гена интерлейкина 8 - на 8-36 % по сравнению c контролем. Наряду со снижением экспрессии генов b-дефензина 9 и интерлейкина 8 было установлено повышение экспрессии гена галлинацина-10 в 1,48-1,55 раза и проэнкефалина в 1,11-1,91 раза, что, вероятно, связано с усилением защитных функций организма. Избирательное влияние пробиотика и пребиотика на репродукцию различных видов бактерий в кишечнике, подтвержденное экспрессией генов, связанных с иммунитетом, обосновывает перспективность применения изученных препаратов для повышения резистентности организма птицы и оптимизации функций иммунной системы без ущерба для продуктивности.

Еще

Сельскохозяйственная птица, пробиотик, пребиотик, микробиота кишечника, факторы иммунитета, b-дефензин 9, интерлейкин 8, галлинацин-10, проэнкефалин, экспрессия гена

Короткий адрес: https://sciup.org/142226298

IDR: 142226298   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2020.2.315rus

Список литературы Микрофлора кишечника кур и экспрессия связанных с иммунитетом генов под влиянием пробиотической и пребиотической кормовых добавок

  • Сурай П.Ф., Кочиш И.И., Фисинин В.И., Никонов И.Н., Романов М.Н. Пути поддержания оптимального редокс-баланса в кишечнике птиц: проблемы и решения. Мат. Международной научно-практической конференции "Молекулярно-генетические технологии для анализа экспрессии генов продуктивности и устойчивости к заболеваниям животных", 21-22 ноября 2019 года, Москва). М., 2019: 42-58.
  • Shang Y., Kumar S., Oakley B., Kim W.K. Chicken gut microbiota: importance and detection technology. Frontiers in Veterinary Science, 2018, 10, 5: 254-265 ( ). DOI: 10.3389/fvets.2018.00254
  • Грозина А.А. Состав микрофлоры желудочно-кишечного тракта у цыплят-бройлеров при воздействии пробиотика и антибиотика. Сельскохозяйственная биология, 2014, 6: 46-58 ( ). DOI: 10.15389/agrobiology.2014.6.46rus
  • Фисинин В.И., Лаптев Г. Ю., Никонов И.Н., Ильина Л.А., Йылдырым Е.А. Изменение бактериального сообщества в желудочно-кишечном тракте кур в онтогенезе. Сельскохозяйственная биология, 2016, 51(6): 883-890 ( ). DOI: 10.15389/agrobiology.2016.6.883rus
  • Pickard J.M., Zeng M.Y., Caruso R., Núñez G. Gut microbiota: role in pathogen colonization, immune responses, and inflammatory disease. Immunological Reviews, 2017, 279(1): 70-89 ( ). DOI: 10.1111/imr.12567
  • Huang P., Zhang Y., Xiao K. et al. The chicken gut metagenome and the modulatory effects of plant-derived benzylisoquinoline alkaloids. Microbiome, 2018, 6: 211 ( ).
  • DOI: 10.1186/s40168-018-0590-5
  • Awad W.A., Hess C., Hess M. Enteric pathogens and their toxin-induced disruption of the intestinal barrier through alteration of tight junctions in chickens. Toxins, 2017, 9(2): 60-61 ( ).
  • DOI: 10.3390/toxins9020060
  • Mancabelli L., Ferrario C., Milani C., Mangifesta M., Turroni F., Duranti S., Lugli G.A., Viappiani A., Ossiprandi M.C., van Sinderen D., Ventura M. Insights into the biodiversity of the gut microbiota of broiler chickens. Environmental Microbiology, 2016, 18(12): 4727-4738 ( ).
  • DOI: 10.1111/1462-2920.13363
  • Фисинин В.И., Лукашенко В.С., Салеева И.П., Лаптев Г.Ю., Ильина Л.А., Волик В.Г., Исмаилова Д.Ю. Микрофлора желудочно-кишечного тракта и продуктивность цыплят-бройлеров (Gallus gallus L.) под влиянием кормовых добавок из гидролизатов кератин- и коллагенсодержащего сырья. Сельскохозяйственная биология, 2019, 54(2): 291-303 ( ).
  • DOI: 10.15389/agrobiology.2019.2.291rus
  • Павлова Н., Киржаев Ф., Лапинскайте Р. Значение нормальной микрофлоры пищеварительного тракта птиц для их организма. Птицеводческое хозяйство, птицефабрика, 2011, 3: 12-14.
  • Kim Y.S., Ho S.B. Intestinal goblet cells and mucins in health and disease: recent insights and progress. Curr. Gastroenterol. Rep., 2010, 12: 319-330 ( ).
  • DOI: 10.1007/s11894-010-0131-2
  • Tsirtsikos P., Fegeros K., Balaskas C., Kominakis A., Mountzouris K.C. Dietary probiotic inclusion level modulates intestinal mucin composition and mucosal morphology in broilers. Poultry Science, 2012, 91(8): 1860-1868 ( ).
  • DOI: 10.3382/ps.2011-02005
  • Forder R.E., Howarth G.S., Tivey D.R., Hughes R.J. Bacterial modulation of small intestinal goblet cells and mucin composition during early post hatch development of poultry. Poultry Science, 2007, 86(11): 2396-2403 ( ).
  • DOI: 10.3382/ps.2007-00222
  • Terada T., Nii T., Isobe N., Yoshimura Y. Changes in the expression of avian β-defensins (AvBDs) and proinflammatory cytokines and localization of AvBD2 in the intestine of broiler embryos and chicks during growth. The Journal of Poultry Science, 2018, 55(4): 280-287 ( ).
  • DOI: 10.2141/jpsa.0180022
  • Lynn D.J., Higgs R., Lloyd A.T., O'Farrelly C., Hervé-Grépinet V., Nys Y., Brinkman F.S., Yu P.L., Soulier A., Kaiser P., Zhang G., Lehrer R.I. Avian beta-defensin nomenclature: a community proposed update. Immunology Letters, 2007, 15, 110(1): 86-89 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.imlet.2007.03.007
  • Ganz T. Defensins: antimicrobial peptides of innate immunity. Nature Reviews. Immunology, 2003, 3(9): 710-720 ( ).
  • DOI: 10.1038/nri1180
  • Zhao C., Nguyen T., Liu L., Sacco R.E., Brogden K.A., Lehrer R.I. Gallinacin-3, an inducible epithelial b-defensin in the chicken. Infecion and Immunity, 2001, 69(4): 2684-2691 ( ).
  • DOI: 10.1128/IAI.69.4.2684-2691.2001
  • Hong Y.H., Song W., Lee S.H., Lillehoj H.S. Differential gene expression profiles of b-defensins in the crop, intestine, and spleen using a necrotic enteritis model in 2 commercial broiler chicken lines. Poultry Science, 2012, 91(5): 1081-1088 ( ).
  • DOI: 10.3382/ps.2011-01948
  • Rodríguez-Lecompte J.C., Yitbarek A., Brady J., Sharif S., Cavanagh M.D., Crow G., Camelo-Jaimes G. The effect of microbial-nutrient interaction on the immune system of young chicks after early probiotic and organic acid administration. Journal of Animal Science, 2012, 90(7): 2246-2254 ( ).
  • DOI: 10.2527/jas.2011-4184
  • Bojnika E., Kleczkowska P., Velasco E.M.F., Corbani M., Babos F., Lipkowski A.W., Benyhe A.M.S. Bioactivity studies on atypical natural opioid hexapeptides processed from proenkephalin (PENK) precursor polypeptides. Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Biochemistry and Molecular Biology, 2014, 174: 29-35 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.cbpb.2014.06.002
  • Bu G., Cui L., Lv C., Lin D., Huang L., Li Z., Li J., Zeng X., Wang Y. Opioid peptides and their receptors in chickens: structure, functionality, and tissue distribution. peptides, 2020, 128: 170307 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.peptides.2020.170307
  • Majewskia P., Dziwinski T., Pawlak J., Waloch M., Skwarlo-Sontaa K. Anti-inflammatory and opioid-mediated effects of melatonin on experimental peritonitis in chickens. Life Sciences, 2005, 76(17): 1907-1920 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.lfs.2004.04.062
  • Lynn D.J., Higgs R., Gaines S., Tierney J., James T., Lloyd A.T., Fares M.A., Mulcahy G., O'Farrelly C. Bioinformatic discovery and initial characterisation of nine novel antimicrobial peptide genes in the chicken. Immunogenetics, 2004, 56(3): 170-177 ( ).
  • DOI: 10.1007/s00251-004-0675-0
  • Mohd Shaufi M.A., Sieo C.C., Chong C.W., Gan H.M., Ho Y.W. Deciphering chicken gut microbial dynamics based on high-throughput 16S rRNA metagenomics analyses. Gut Pathogens, 2015, 7: 4 ( ).
  • DOI: 10.1186/s13099-015-0051-7
  • Livak K.J., Shmitgen T.D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2-ΔΔCt method. Methods, 2001, 25(4): 402-408 ( ).
  • DOI: 10.1006/meth.2001.1262
  • Йылдырым Е.А., Бражник Е.А., Ильина Л.А., Дубровин А.В., Филиппова В.А, Новикова Н.И., Тюрина Д.Г., Большаков В.Н., Лаптев Г.Ю. Современный пробиотик для здоровья кур. Эффективное животноводство, 2019, 4: 66-67.
  • Меликиди В.Х., Тюрина Д.Г., Селиванов Д.Г., Новикова Н.И. Метаболиты пробиотических бактерий отвечают за эффективность действия пробиотика. Птицеводство, 2019, 9-10: 45-47 ( ).
  • DOI: 10.33845/0033-3239-2019-68-9-10-45-47
  • Околелова Т.М., Енгашев С.В., Салгереев С.М. Клеточная усталость кур-несушек: причины и профилактика. Ветеринария, 2017, 11: 15-19.
  • Околелова Т.М., Енгашев С.В., Салгереев С.М., Лесниченко И.Ю. Российские препараты для производства экологически безопасной продукции. Эффективное животноводство, 2018, 3: 46-49.
  • Videnska P., Sedlar K., Lukac M., Faldynova M., Gerzova L., Cejkova D., Sisak F., Rychlik I. Succession and replacement of bacterial populations in the caecum of egg laying hens over their whole life. PLoS ONE, 2014, 9(12): 115-142 ( org/).
  • DOI: 10.1371/journal.pone
  • Zhang G., Sunkara L.T. Avian antimicrobial host defense peptides: from biology to therapeutic applications. Pharmaceuticals, 2014, 7(3): 220-247 ( ).
  • DOI: 10.3390/ph7030220
  • Кочиш И.И., Лаптев Г.Ю., Новикова Н.И., Смоленский В.И., Ильина Л.А.,Тюрина Д.Г., Филлипова В.А., Богданова Д.М., Дубровин А.В., Соболев Д.В., Йылдырым Е.А., Шихбабаев Э.У. Способ кормления сельскохозяйственной птицы, способствующий увеличению экспрессии бета-дефензинов. Патент России № 2 689 709, 2018. Опубл. 2019.05.28.
  • Bauer B., Wex T., Kuester D., Meyer T., Malfertheiner P. Differential expression of human beta defensin 2 and 3 in gastric mucosa of Helicobacter pylori-infected individuals. Helicobacter, 2013, 18(1): 6-12 ( ).
  • DOI: 10.1111/hel.12000
  • Haghighi H.R., Abdul-Careem M.F., Dara R.A., Chambers J.R., Sharif S. Cytokine gene expression in chicken cecal tonsils following treatment with probiotics and Salmonella infection. Veterinary Microbiology, 2008, 126(1-3): 225-233 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.vetmic.2007.06.026
  • Ateya A.I., Arafat N., Saleh R.M., Ghanem H.M., Naguib D., Radwan H.A., Elseady Y.Y. Intestinal gene expressions in broiler chickens infected with Escherichia coli and dietary supplemented with probiotic, acidifier and synbiotic. Veterinary Research Communications, 2019, 43(2): 131-142 ( ).
  • DOI: 10.1007/s11259-019-09753-z
  • Oakley B.B., Kogut M.H. Spatial and temporal changes in the broiler chicken cecal and fecal microbiomes and correlations of bacterial taxa with cytokine gene expression. Frontiers in Veterinary Science, 2016, 3: 11 ( ).
  • DOI: 10.3389/fvets.2016.00011
  • Jeong W., Lim W., Kim J., Ahn S.E., Lee H.C., Jeong J.W., Han J.Y., Song G., Bazer F.W. Cell-specific and temporal aspects of gene expression in the chicken oviduct at different stages of the laying cycle. Biology of Reproduction, 2012, 86(6): 172 ( ).
  • DOI: 10.1095/biolreprod.111.098186
  • Mowbray C.A., Niranji S.S., Cadwell K., Bailey R., Watson K.A., Hall J. Gene expression of AvBD6-10 in broiler chickens is independent of AvBD6, 9, and 10 peptide potency. Veterinary Immunology and Immunopathology, 2018, 202: 31-40 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.vetimm.2018.06.007
  • Ramasamy K.T., Verma P., Reddy M.R. Differential gene expression of antimicrobial peptides β defensins in the gastrointestinal tract of Salmonella serovar Pullorum infected broiler chickens. Veterinary Research Communications, 2012, 36(1): 57-62 ( ).
  • DOI: 10.1007/s11259-011-9512-8
  • Sommer F., Bäckhed F. The gut microbiota - masters of host development and physiology. Nature Reviews Microbiology, 2013, 11(4): 227-238 ( ).
  • DOI: 10.1038/nrmicro2974
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp