Россия
Россия
Животные подвергаются действию многочисленных стресс-факторов в условиях промышленного содержания. Наибольшую опасность представляют микотоксины, изменяющие состав микробиоты у животных, что является одной из причин развития иммуносупрессии. Цель исследования – установить изменения в составе кишечной микробиоты у лабораторных животных при сочетанном поражении кормов микотоксинами и противопаразитарной обработке эприномектином. Исследование проведено на лабораторных крысах (пять групп по 10 крыс в каждой). Животные 1-й группы получали стандартизированный рацион и не подвергались действию микотоксинов и эприномектина, 2-я, 3-я, 4-я и 5-я группы животных получали корм с содержанием микотоксинов (ДОН – 0,93, Т-2 – 0,025; ZEA – менее 0,02 мг/кг). Дополнительно животных 3-й и 5-й групп подвергали однократной противопаразитарной обработке препаратом Ветэприн (действующее вещество – эприномектин). Энтеросорбент, модифицированный полиаргинином, вводили ежедневно с кормом животным 4-й и 5-й групп в дозе 0,2 г/кг в течение 12 дней на завершающем этапе эксперимента продолжительностью 50 суток. Материалом для бактериологического исследования служили пробы содержимого слепой кишки. В составе просветной микрофлоры слепой кишки у всех животных преобладают Bifidobactererium spp. и Lactobacillus spp. Однако заметное уменьшение их количества отмечается при сочетанном действии эприномектина и микотоксинов на организм животных, что указывает на снижение колонизационной резистентности и угнетение пристеночного пищеварения. На фоне снижения доли облигатной анаэробной микрофлоры в кишечнике возрастает количество факультативных условно-патогенных микроорганизмов. Повышенный рост дрожжеподобных грибов в кишечнике указывает на снижение иммунной реактивности и нарушение барьерной функции кишечника. Использование сорбента, модифицированного полиаргинином, нормализует и стабилизирует микрофлору кишечника.
микотоксины, инсектоакарициды, эприномектин, микробиота, дисбиоз, энтеросорбенты, полиаргинин
Введение. Микотоксины являются одними из наиболее значимых загрязнителей кормов для животных в глобальном масштабе. Многочисленные исследования указывают на присутствие многих видов грибов-продуцентов и их микотоксинов в продукции растениеводства [1–3]. Часто отмечается сочетанное поражение кормов микотоксинами [4–6]. При этом отсутствует практика мониторирования продуктов их разложения, которые обладают токсигенным потенциалом [7]. Механизм действия микотоксинов весьма разнообразен, преобладающие в отдельных органах и системах изменения указывают на выраженную органотропность отдельных микотоксинов [8]. Основным путем их поступления в организм животных является пероральный – вместе с контаминированным кормом. По этой причине при микотоксикозах желудочно-кишечный тракт всегда вовлекается в патологический процесс, прежде всего на уровне микробиоты [9]. Учитывая значимость микробиоты в обеспечении гомеостаза макроорганизма, некоторые авторы предлагают рассматривать ее как самостоятельный орган [10]. Микробиота выполняет защитные, структурные и метаболические функции. Она состоит из комменсальных, симбиотических и условно-патогенных микроорганизмов [11], полноценное функционирование которых является обязательным условием поддержания здоровья и высокого качества жизни хозяина.
Взаимодействие микотоксинов и микробиоты носит двусторонний характер. С одной стороны, микробиота участвует в деградации микотоксинов, хотя в то же время при непосредственном участии микробиоты возможна биоактивация замаскированных микотоксинов [9]. С другой стороны, микотоксины могут влиять на микробиоту кишечника, изменяя относительную численность на уровне типов, родов и видов. Это является одним из пусковых механизмов в нарушении барьерной функции кишечника и увеличивает риск бактериальной транслокации [12], что создает предпосылки для инициации инфекционных заболеваний (прежде всего оппортунистических) с непредсказуемой локализацией. Данному развитию событий также способствует иммуносупрессивное действие микотоксинов [13, 14].
Указанные выше обстоятельства обусловливают актуальность проблемы взаимодействия различных стресс-факторов и микробиоты макроорганизма. Лечебно-профилактические мероприятия, направленные на модуляцию микробиома, можно рассматривать как одну из стратегий улучшения здоровья и повышения продуктивности сельскохозяйственных животных.
Цель исследования – установить изменения в составе кишечной микробиоты у лабораторных животных при сочетанном поражении кормов микотоксинами и противопаразитарной обработке эприномектином.
Задачи: уточнить состав просветной микрофлоры слепой кишки у лабораторных животных в норме и при сочетанном действии токсикантов, оценить корригирующую роль сорбента, модифицированного полиаргинином, при дисбиозе кишечника у животных.
Объекты и методы. Объектом исследования служили нелинейные белые крысы (самцы и самки) в возрасте 4 месяцев с массой тела 220,0 ± 15,0 г. Для проведения эксперимента животные были разделены на 5 групп по 10 особей в каждой: 1-я группа состояла из интактных животных, которые получали качественный стандартный рацион и не подвергались действию микотоксинов и эприномектина; 2-я и 4-я группы животных получали корм (комбикорм и зерно) с содержанием микотоксинов (ДОН – 0,93, Т-2 – 0,025; ZEA – менее 0,02 мг/кг) и необходимые добавки, соответствующие стандартному рациону; 3-я и 5-я группы животных получали тот же корм, что и животные 2-й и 4-й групп. Дополнительно животных 3-й и 5-й групп подвергали однократной противопаразитарной обработке препаратом Ветэприн (д.в. эприномектин, АО «Агробиопром», Россия) в соответствии с инструкцией по применению. Энтеросорбент, модифицированный полиаргинином (производитель – Центр новых химических технологий ИК СО РАН, Омск, Россия), вводили ежедневно с кормом животным 4-й и 5-й групп в дозе 0,2 г/кг в течение 12 дней на завершающем этапе эксперимента продолжительностью 50 суток. Выведение животных из опыта осуществляли в соответствии с требованиями Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других научных целей (2009).
Материалом для бактериологического исследования служили пробы содержимого слепой кишки, полученные после эвтаназии животных. Изучение состава микрофлоры проводили в соответствии с рекомендациями «Выделение и идентификация бактерий желудочно-кишечного тракта животных», утвержденными Департаментом ветеринарии Министерства сельского хозяйства РФ (регистрационный номер 13-5-02/1043 от 11.05.2004). Выделенные микроорганизмы идентифицировали по общепринятым методикам с учетом морфологических, культуральных и биохимических свойств.
Результаты и их обсуждение. В составе просветной микрофлоры слепой кишки у всех животных преобладают Bifidobactererium spp. и Lactobacillus spp. Однако заметное уменьшение их количества отмечается при сочетанном действии эприномектина и микотоксинов на организм животных, что указывает на снижение колонизационной резистентности и угнетение пристеночного пищеварения при указанных обстоятельствах (табл.).
Влияние токсикантов и энтеросорбции на микробиоту слепой кишки у крыс, КОЕ/мл, n = 10
|
Показатель |
Группа 1 |
Группа 2 |
Группа 3 |
Группа 4 |
Группа 5 |
|
Lactobacillus spp. |
1,10 · 1010 |
1,10 · 1010 |
0,91 · 108 |
1,12 · 1010 |
0,81 · 1010 |
|
Bifidobacterium spp. |
1,20 · 1010 |
1,12 · 1010 |
1,18 · 108 |
1,0 · 1010 |
1,2 · 1010 |
|
Staphylococcus spp. |
1,21 · 101 |
2,42 · 101 |
4,83 · 101 |
1,11 · 101 |
1,22 · 101 |
|
Enterococcus spp. |
1,10 · 103 |
1,10 · 103 |
1,10 · 103 |
1,10 · 103 |
1,10 · 103 |
|
Enterobacteriaceae |
1,10 · 101 |
1,10 · 101 |
1,10 · 101 |
1,10 · 101 |
1,10 · 101 |
|
Proteus (Н-форма) |
1,00 · 101 |
1,00 · 101 |
1,00 · 101 |
1,00 · 101 |
1,00 · 101 |
|
Дрожжи, плесени |
1,00 · 104 |
3,10 · 104 |
3,10 · 104 |
3,10 · 102 |
2,00 · 104 |
Примечание: группа 1 – контроль; группа 2 – микотоксины; группа 3 – микотоксины + эприномектин; группа 4 – микотоксины + сорбент с полиаргинином; группа 5 – микотоксины + эприномектин + сорбент с полиаргинином.
На фоне снижения доли облигатной анаэробной микрофлоры в кишечнике возрастает количество факультативных условно-патогенных микроорганизмов. Так, например, популяция Staphylococcus spp. при микотоксикозе увеличилась в 2 раза, при проведении противопаразитарной обработки на фоне микотоксикоза – в 4 раза по сравнению с контролем. После применения сорбента с аргинином количество стафилококков в пробах содержимого слепой кишки было сопоставимо с контролем.
Интенсивность роста дрожжеподобных грибов в контрольной пробе не превышала 104 КОЕ/мл. Трехкратное увеличение их популяции отмечалось при длительном поступлении в организм животных микотоксинов. Такая же ситуация наблюдалась в группе животных, подвергшихся сочетанному действию микотоксинов и эприномектина. Бактериологическое исследование содержимого слепой кишки после проведения курсовой энтеросорбции свидетельствует о том, что рост дрожжеподобных грибов под действием сорбента снижается в 100 раз на фоне микотоксикоза и лишь на 33 % при сочетанном действии микотоксинов и эприномектина. К действию последних наиболее толерантны энтерококки, протей и представители семейства Enterobacteriaceae. Причиной подобного постоянства, очевидно, является то, что формирование микробиоценоза регулируется сложными синергетическими, антагонистическими и мутуалистическими отношениями между отдельными представителями нормофлоры и макроорганизмом, который оказывает влияние на микробиоту с помощью различных физиологических механизмов, в т. ч. неспецифических и специфических факторов защиты.
Однако заслуживает внимания отмеченное снижение роста бифидо- и лактобактерий. Адгезируясь на слизистой оболочке кишечника, бифидобактерии осуществляют защитную функцию, препятствуя проникновению условно-патогенных микроорганизмов и токсинов во внутреннюю среду организма [15]. Данные микроорганизмы синтезируют аминокислоты и белки, витамины группы В и К, улучшают всасывание ионов кальция, железа, витамина D [16, 17]; регулируют функции гуморального и клеточного иммунитета [18]. Иммуномодулирующее действие оказывают и лактобактерии [19, 20], проявляющие в кооперации с другими микроорганизмами высокую антагонистическую активность по отношению к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам.
Настораживает увеличение популяции стафилококков. В кишечнике у животных и человека они встречаются с первых дней жизни, однако чаще условно-патогенный вид St. epidermidis. Условно-патогенные виды вызывают развитие патологических процессов при снижении резистентности макроорганизма. Развитие стафилококковых инфекций возможно и в случае передачи их от здоровых носителей животным с иммуносупрессией [21].
Повышенный рост дрожжеподобных грибов в кишечнике указывает на снижение иммунной реактивности и нарушение барьерной функции кишечника [22–24], что обусловливает необходимость коррекции иммунитета. Это подтверждает целесообразность применения энтеросорбента, модифицированного полиаргинином. После введения экзогенного аргинина повышаются функциональные характеристики Т-клеток, увеличивается продукция антител [25]. По данным [26], у крыс с дисбиозом кишечника рацион с содержанием 1 % аргинина снижает проницаемость интестинального барьера для бактерий, увеличивает бактерицидную активность фагоцитов и их жизнеспособность. Основной функцией классически активированных медиаторами Th1-типа (такими как IFN-γ) макрофагов является микробная деструкция [27]. Вместе с этим отмечена способность экзогенного L-аргинина усиливать функцию стволовых клеток кишечника [28] и сохранность его морфологических структур [29, 30].
Заключение. Результаты исследования свидетельствуют о том, что нормофлора кишечника, основными составляющими которой являются бифидо- и лактобактерии, весьма чувствительна к действию микотоксинов и применяемых инсектоакарицидов. Снижение количества этих бактерий повышает риск развития иммуносупрессии, что наряду с ростом популяции условно-патогенных микроорганизмов создает условия для возникновения инфекционных заболеваний, в том числе обусловленных представителями собственной микрофлоры. Энтеросорбция с применением сорбента, модифицированного полиаргинином, позволяет нормализовать и стабилизировать микрофлору кишечника, что открывает новые возможности в лечении и профилактике дисбиоза у животных.
1. Gruber-Dorninger C., Jenkins T., Schatzmayr G. Global Mycotoxin Occurrence in Feed: A Ten-Year Survey. Toxins (Basel). 2019. Vol. 11. № 7. P. 375. DOI:https://doi.org/10.3390/toxins 11070375.
2. Кононенко Г.П., Буркин А.А., Зотова Е.В. Микотоксикологический мониторинг. Сообщение 1. Полнорационные комбикорма для свиней и птицы (2009–2018 гг.) // Ветеринария сегодня. 2020. № 1 (32). С. 60–65. DOI:https://doi.org/10.29326/2304-196X 2020-1-32-60-65.
3. Микотоксикологический мониторинг кормов и его роль в профилактике микотоксикозов животных / В.И. Дорожкин [и др.] // Вестник Российского университета дружбы народов. Сер. «Агрономия и животноводство». 2022. Т. 17, № 4. С. 546–554. DOI:https://doi.org/10.22363/2312-797X-2022-17-4-546-554.
4. Multi-mycotoxin occurrence in feed, metabolism and carry-over to animal-derived food products: A review / J. Tolosa [et al.] // Food Chem Toxicol. 2021. № 158. P. 112661. DOI:https://doi.org/10.1016/j.fct.2021.112661.
5. Сочетанное поражение кормов микотоксинами как фактор риска множественной патологии животных / Т.В. Герунов [и др.] // Вестник Омского государственного аграрного университета. 2022. Т. 48, № 4. С. 116–123. DOI:https://doi.org/10.48136/2222-0364_2022_ 4_116.
6. Потенциальная опасность сочетанной контаминации корма микотоксинами / Т.В. Герунов [и др.] // Актуальные проблемы и инновации в современной ветеринарной фармакологии и токсикологии: мат-лы VI Междунар. съезда ветеринар. фармакологов и токсикологов / Витебская ордена «Знак Почета» гос. акад. ветеринар. медицины. Витебск, 2022. С. 35–38.
7. Токсигенные свойства микроскопических грибов / Н.Р. Ефимочкина [и др.] // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2019. № 45. С. 6–33. DOI:https://doi.org/10.17223/19988591/45/1.
8. Bennett J.W., Klich M. Mycotoxins // Clin Microbiol Rev. 2003. Vol. 16. № 3. P. 497–516. DOI:https://doi.org/10.1128/CMR.16.3.497-516.2003.
9. Guerre P. Mycotoxin and Gut Microbiota Interactions // Toxins (Basel). Vol. 2020. Vol. 12. № 12. P. 769. DOI:https://doi.org/10.3390/toxins12120769.
10. Микробиота кишечника как отдельная система организма / Ю.В. Юдина [и др.] // Доказательная гастроэнтерология. 2019. Т. 8, № 4. С. 36–43.
11. The role of gut microbiota (commensal bacteria) and the mucosal barrier in the pathogenesis of inflammatory and autoimmune diseases and cancer: contribution of germ-free and gnotobiotic animal models of human diseases / H. Tlaskalová-Hogenová [et al.] // Cell Mol Immunol. 2011. Vol. 8. № 2. P. 110–120. DOI:https://doi.org/10.1038/cmi.2010.67.
12. Liew W.P., Mohd-Redzwan S. Mycotoxin: Its Impact on Gut Health and Microbiota // Front Cell Infect Microbiol. 2018. Vol. 8. P. 60. DOI:https://doi.org/10.3389/fcimb.2018.00060.
13. Оппортунистические инфекции у животных: причины распространения и меры профилактики / Т.В. Герунов [и др.] // Вестник КрасГАУ. 2022. № 10 (187). С. 152–160. DOI:https://doi.org/10.36718/1819-4036-2022-10-152-160.
14. Immunotoxicity of Three Environmental Mycotoxins and Their Risks of Increasing Pathogen Infections / Y. Sun [et al.] // Toxins. 2023. Vol. 15, № 3. P. 187.
15. Servin A.L. Antagonistic activities of lactobacilli and bifidobacteria against microbial pathogens // FEMS Microbiol Rev. 2004. Vol. 28, № 4. P. 405–440. DOI:https://doi.org/10.1016/j.femsre.2004. 01.003.
16. Новик Г.И., Сидоренко А.В. Бифидобактерии: проблемы идентификации и новые технологии пробиотиков медицинского назначения // Проблемы здоровья и экологии. 2006. Т. 10, № 4. С. 119–126.
17. Бифидобактерии: традиционный взгляд и современные генетические исследования / А.Н. Шкопоров [и др.] // Вопросы практической педиатрии. 2007. Т. 2, № 5. С. 76–79.
18. Bifidobacteria and Their Molecular Communication with the Immune System // L. Ruiz [et al.] // Front Microbiol. 2017. № 8. P. 2345. DOI:https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.02345.
19. Wells J.M. Immunomodulatory mechanisms of lactobacilli // Microb Cell Fact. 2011. № 10. Suppl 1. P. S17. DOI:https://doi.org/10.1186/1475-2859-10-S1-S17.
20. Dempsey E., Corr S.C. Lactobacillus spp. for Gastrointestinal Health: Current and Future Perspectives // Front Immunol. 2022. № 13. P. 840245. DOI:https://doi.org/10.3389/fimmu.2022.840245.
21. Review of Clinically and Epidemiologically Relevant Coagulase-Negative Staphylococci in Africa / J. Asante [et al.] // Microb Drug Resist. 2020. Vol. 26. № 8. P. 951–970. DOI:https://doi.org/10.1089/mdr.2019.0381.
22. Iliev I.D., Leonardi I. Fungal dysbiosis: immunity and interactions at mucosal barriers // Nat Rev Immunol. 2017. Vol. 17. № 10. P. 635–646. DOI:https://doi.org/10.1038/nri.2017.55.
23. Tong Y., Tang J. Candida albicans infection and intestinal immunity // Microbiol Res. 2017. № 198. P. 27–35. DOI:https://doi.org/10.1016/j.micres.2017. 02.002.
24. Jawhara S. Healthy Diet and Lifestyle Improve the Gut Microbiota and Help Combat Fungal Infection // Microorganisms. 2023. Vol. 11. № 6. P. 1556. DOI:https://doi.org/10.3390/microorganisms 11061556.
25. The metabolic basis of arginine nutrition and pharmacotherapy / N.E. Flynn [et al.] // Biomed Pharmacother. 2002. Vol. 56. № 9. P. 427–438. DOI:https://doi.org/10.1016/s0753-3322(02) 00273-1.
26. Abumrad N.N., Barbul A. Arginine therapy for acute myocardial infarction // JAMA. 2006. Vol. 295. № 18. 2138–2139; author reply 2139–2140. DOI:https://doi.org/10.1001/jama.295.18.2138-b.
27. Alternatively activated macrophages elicited by helminth infection can be reprogrammed to enable microbial killing / K.J. Mylonas [et al.] // J Immunol. 2009. Vol. 182. № 5. P. 3084–3094. DOI:https://doi.org/10.4049/jimmunol.0803463.
28. Exogenous L-arginine increases intestinal stem cell function through CD90+ stromal cells producing mTORC1-induced Wnt2b / Q. Hou [et al.] // Commun Biol. 2020 Oct 23;3(1):611. DOI:https://doi.org/10.1038/s42003-020-01347-9.
29. Effect of L-arginine on intestinal mucosal immune barrier function in weaned pigs after Escherichia coli LPS challenge / H.L. Zhu [et al.] // Innate Immun. 2013 Jun;19(3):242–52. DOI:https://doi.org/10.1177/1753425912456223.
30. In ovo feeding of l-arginine regulates intestinal barrier functions of posthatch broilers by activating the mTOR signaling pathway / T. Gao [et al.] // J Sci Food Agric. 2018 Mar;98(4):1416–1425. DOI:https://doi.org/10.1002/jsfa.8609.
