Роль кишечной микробиоты в становлении иммунной системы новорожденных поросят
Автор: Паршин П.А., Михайлов Е.В., Шутиков В.А., Некрасов А.В., Шабунин Б.В., Степанов Е.М., Степанов Д.С., Шабанов Д.И., Сыромятников М.Ю.
Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology
Рубрика: Микробиота и иммунитет
Статья в выпуске: 4 т.60, 2025 года.
Бесплатный доступ
Кишечный микробиом - одна из важных составляющих организма человека и животных. Он служит мишенью действия факторов окружающей среды и селективным агентом, формирующим адаптивную эволюцию рациона млекопитающих, фенотипическую пластичность и морфологию кишечника. Изучение микробного «кворума», его влияния на становление иммунной системы и активацию врожденного иммунитета у поросят в ранний неонатальный период представляет актуальную задачу. В настоящей работе впервые установлены взаимосвязи между микрофлорой кишечника и развитием иммунной системы у поросят в ранний неонатальный период, а именно более низкое содержание бактерий Enterococcus cecorum, Clostridium sensu stricto 2 disporicum, Atopobium fossor и Faecalisoccus pleomorphus, сниженная экспрессией генов иммунного ответа IFN-&alpha и TGF-β и ядерная экcпрессия Ki-67 в тонком отделе кишечника у животных с пониженной массой тела, что указывало на недостаточную реактивность врожденного иммунитета. Цель работы - изучить роль кишечной микробиоты в становлении иммунной системы новорожденных поросят. Исследования проводили на поросятах породы ландрас неонатального периода, полученных от свиноматок 3-4-го опороса в крупном промышленном свиноводческом хозяйстве Воронежской области в 2023-2024 годах. При формировании групп и постановке диагноза гипотрофия основное внимание уделяли массе животных. Средняя масса в группе поросят-гипотрофиков (n = 11) составляла 0,724±0,07 кг, в группе поросят-нормотрофиков (n = 11) - 0,927±0,04 кг. После формирования групп до приема молозива провели вынужденный убой животных, и от поросят каждой группы взят биологический материал (содержимое кишечника, подвздошная кишка). Было выполнено высокопроизводительное секвенирование 22 образцов содержимого кишечника. Также проведены иммуногистохимические исследования образцов кишечника, при которых оценивали ядерную экспрессию маркеров CD3, Ki-67, PAX-5. Экспрессию генов иммунного ответа в кишечнике (IL-1β , IFNα, TGFβ , ген β-актина) оценивали методом ПЦР с универсальными праймерами. В результате статистической обработки данных секвенирования кишечной микробиоты поросят-нормотрофиков и поросят-гипотрофиков выявили 72 бактериальных вида. У поросят-нормотрофиков видовой состав микробиома мекония оказался представлен более широко относительно поросят-гипотрофиков, что впоследствии будет напрямую отражаться на эффективности усваивания кормов, метаболизме, а также на иммунном статусе. При дифференциальной оценке численности микробиоты в исследуемых образцах у поросят-нормотрофиков преобладали Enterococcus cecorum, Clostridium sensu stricto 2 disporicum, Atopobium fossor, Faecalicoccus pleomorphus. По результатам иммуногистохимических исследований кишечника установлена более высокая ядерная экспрессия Ki-67 и мембранная экспрессия CD3 (выше соответственно на 14,8 и 32 %) у поросят-нормотрофиков в сравнении с поросятами-гипотрофиками, что указывает на более активную пролиферацию клеток и развитие органа. Экспрессия гена трансформирующего фактора роста-бета (TGFβ) у поросят-гипотрофиков была в 3,0 раза ниже, чем у нормотрофиков, что, в свою очередь, может указывать на неспособность поросят-гипотрофиков адекватно регулировать рост и дифференцировку различных типов клеток. Экспрессия гена интерферона-альфа (IFNα) у поросят-гипотрофиков была в 2,2 раза ниже в сравнении с нормотрофиками, что в дальнейшем может повлиять на резистентность организма к вирусным агентам, а также на регуляцию адаптивного иммунного ответа и развитие иммунных клеток. Экспрессия гена интерлейкина-1-бета (IL-1β), напротив, в группе поросят-гипотрофиков была выше на 48,0 % по сравнению с группой поросят-нормотрофиков, что, на наш взгляд, может свидетельствовать о возросшем синтезе белков острой фазы, инициирующих воспалительные процессы у поросят-гипотрофиков. Таким образом, поросята с врожденной гипотрофией характеризовались слабым видовым разнообразием кишечной микробиоты, вследствие чего у них отмечалась низкая реактивность врожденного иммунитета.
Новорожденные поросята, гипотрофики, микробиота, секвенирование, кишечник, иммуногистохимия, экспрессия генов
Короткий адрес: https://sciup.org/142246204
IDR: 142246204 | УДК: 636.4:611.34:[619+612.017 | DOI: 10.15389/agrobiology.2025.4.651rus
The role of gut microbiota in the formation of immune system in newborn piglets
The intestinal microbiome is one of the important components of the human and animal body. It serves as a significant target for environmental factors and as a selective agent shaping the adaptive evolution of the mammalian diet, phenotypic plasticity, and gut morphology. Studying the microbial “quorum”, its influence on the development of the immune system, and the activation of innate immunity in piglets during the early neonatal period is a relevant task. This study is the first to establish relationships between the gut microbiota and the development of the immune system in piglets during the early neonatal period, namely a lower content of Enterococcus cecorum, Clostridium sensu stricto 2 disporicum , Atopobium fossor , and Faecalicoccus pleomorphus bacteria, reduced expression of the immune response genes IFNa and TGFβ, and reduced nuclear expression of Ki-67 in the small intestine of animals with low body weight, indicating insufficient immunological reactivity of innate immunity. The aim of the work was to study the role of the gut microbiota in the development of the immune system of newborn piglets. The research was conducted on Landrace piglets of the neonatal period, obtained from sows of the 3rd-4th farrowing at a large industrial pig farm in the Voronezh Province in 2023-2024. When forming the groups and making the diagnosis of hypotrophy (growth retardation), the main focus was on the animals' weight. The average weight in the group of hypotrophic piglets (n = 11) was 0.724±0.07 kg, and in the group of normotrophic piglets (n = 11) it was 0.927±0.04 kg. After group formation and before colostrum intake, the animals were euthanized, and biological material (intestinal contents, ileum) was collected from piglets of each group. High-throughput sequencing of 22 samples of intestinal contents was performed. Immunohistochemical studies of intestinal samples were also conducted, assessing the nuclear expression of markers CD3, Ki-67, and PAX-5. The expression of immune response genes in the intestine (IL-1β, IFNα, TGFβ, β-actin gene) was evaluated using PCR with universal primers. The sequencing data of the gut microbiota from normotrophic and hypotrophic piglets identified 72 bacterial species. In normotrophic piglets, the species composition of the meconium microbiome was more diverse compared to hypotrophic piglets, which will subsequently directly affect feed utilization efficiency, metabolism, and immune status. In a differential assessment of microbiota abundance in the studied samples, Enterococcus cecorum , Clostridium sensu stricto 2 disporicum , Atopobium fossor , and Faecalicoccus pleomorphus predominated in normotrophic piglets. According to the results of immunohistochemical studies of the intestine, higher nuclear expression of Ki-67 and membrane expression of CD3 (by 14.8 % and 32 %, respectively) were found in normotrophic piglets compared to hypotrophic ones, indicating more active cell proliferation and organ development. The expression of the transforming growth factor-beta gene (TGFβ) in hypotrophic piglets was 3.0 times lower than in normotrophic ones, which may indicate an inability of hypotrophic piglets to adequately regulate the growth and differentiation of various cell types. The expression of the interferon-alpha gene (IFNα) in hypotrophic piglets was 2.2 times lower compared to normotrophic ones, which may further affect resistance to viral agents, as well as the regulation of the adaptive immune response and the development of immune cells. Conversely, the expression of the interleukin-1 beta gene (IL-1β) was 48.0 % higher in the group of hypotrophic piglets compared to the group of normotrophic piglets, which, in our opinion, may indicate increased synthesis of acute-phase proteins initiating inflammatory processes in hypotrophic piglets. Thus, piglets with congenital hypotrophy were characterized by weak species diversity of the gut microbiota, resulting in low immunological reactivity of innate immunity.
