Stymulacja in ovo mikrobiomu kury

Stymulacja in ovo mikrobiomu kury - charakterystyka mechanizmów działania prebiotyków i
synbiotyków*
Marek Bednarczyk
Katedra Biochemii i Biotechnologii Zwierząt
Uniwersytet Technologiczno – Przyrodniczy w Bydgoszczy
*Praca finansowana ze środków narodowego Centrum Nauki numer 2011/01/B/NZ9/00642
Układ pokarmowy ptaków jest siedliskiem dużego, złożonego i dynamicznego układu
mikroflory (mikrobiomu), który odgrywa ważną rolę w stymulacji rozwoju i utrzymaniu
prawidłowego stanu zdrowia zwierząt. Mikrobiom może być bezpośrednio modyfikowany, na
przykład w wyniku terapii antybiotykowej lub poprzez podawanie różnorodnych substancji
bioaktywnych. Po zakazie stosowania w paszy, w krajach UE, antybiotykowych stymulatorów
wzrostu, zwiększył się nacisk na opracowanie ich alternatywy w produkcji zwierzęcej, np.
prebiotyków (PRE) lub synbiotyków (SYN). W badaniach wykorzystano innowacyjną, opracowaną
przez nas zespół technologię umożliwiającą iniekcję PRE lub SYN, in ovo, do zarodka kury, w 12
dobie inkubacji. Zaletą metody jest możliwość korzystnego, profilaktycznego oddziaływania na
mikrobiom przed wylęgiem piskląt i ich ewentualnym kontaktem z patogenami. Interdyscyplinarne
badania prowadzono w: Katedrze Biochemii i Biotechnologii Zwierząt, UTP w Bydgoszczy;
Zakładzie Biochemii Drobnoustrojów IBB PAN w Warszawie; Katedrze Fizjologii i Biochemii UP w
Poznaniu; Zakładzie Immunologii i Prewencji Weterynaryjnej, Katedrze Biostruktury i Fizjologii
Zwierząt oraz w Zakładzie Farmakologii i Toksykologii UP we Wrocławiu i we współpracy z
University of Molise w Campobasso. Zakładana hipoteza badawcza, iż stymulacja mikrobiomu in ovo
odbywa się poprzez zmiany w ekspresji genów oraz modulację układu immunologicznego oraz
przyspiesza rozwój układu pokarmowego, jak również zwiększa poziom sekrecji hormonów w
organizmie kury, została w pełni potwierdzona. W badaniach prowadzonych in vitro (poza
organizmem), oceniając takie cechy jak: przeżywalność bakterii probiotycznych, w obecności
prebiotyków; potencjał katabolizmu węglowodanów; potencjał enzymatyczny probiotyków;
odporność na antybiotyki wykorzystywane w leczeniu zwierząt; rozpuszczalność prebiotyków w
wodzie; zdolność do przeżycia probiotyku w organizmie kurczęcia, po iniekcji in ovo, wytypowano,
spośród kilkudziesięciu kombinacji dwa optymalnie działające prebiotyki PRE 1 i PRE 2 i dwa
synbiotyki SYN 1 i SYN 2, które poddane zostały dalszym badaniom in vivo (na modelu kurczęcia).
Odchowując kurczęta brojlery poddane iniekcji in ovo, PRE 1, PRE 2, SYN 1 lub SYN 2, największą
masę ciała (P ˂0.01) uzyskano w grupie PRE 2 i SYN 1. Grupę kontrolną (iniekcja soli fizjologicznej)
charakteryzowało największe spożycie paszy, na kg masy ciała, w porównaniu do ptaków z grup
doświadczalnych. Wykazano istotny wpływ substancji bioaktywnych na mikrostrukturę mięśnia
piersiowego kurcząt w 1. dobie życia. Największą średnicę włókien mięśniowych stwierdzono w
grupie PRE 1, a najmniejszą w grupie kontrolnej. Wykazano istotny wpływ iniekcji in ovo na
mikrostrukturę jelita cienkiego kurcząt, chociaż okazał się on różny, w odmiennych segmentach jelita
cienkiego i w różnym okresie wzrostu ptaków. Pierwszoplanowe efekty podania in ovo prebiotyków i
synbiotyków objęły wzrost aktywności głównych enzymów trawiennych magazynowanych w trzustce
– amylazy, lipazy i trypsyny. Udowodniono wielokierunkowe działanie substancji podanych in ovo na
mechanizmy regulujące metabolizm kurcząt, a zwłaszcza oddziaływanie na wydzielanie insuliny oraz
na peptydy regulujące pobieranie pokarmu, aktywację greliny, wydzielanie oreksyny, obestatyny i
adiponektyny. Ponadto uzyskano obniżenie zawartości cholesterolu we krwi, pod koniec okresu
odchowu brojlerów (5 tydzień). Oba PRE, a szczególnie SYN, podane in ovo wpływają na pierwotne
narządy limfatyczne (grasica, torba Fabrycjusza), powodują wzmożoną proliferację limfocytów B we
wtórnych narządach limfatycznych oraz stymulują rozwój tkanki limfatycznej jelita (GALT) piskląt po
wykluciu. Analiza genów o modyfikowanej ekspresji w stosunku do kontroli, jednoznacznie wskazuje
na zaangażowanie tych genów w procesy związane z funkcjonowaniem układu immunologicznego
oraz dotyczących metabolicznych procesów komórkowych i homeostazy. Tak szerokie, wielostronne
działanie prebiotyków i synbiotyków podanych in ovo zostało opisane w literaturze po raz pierwszy.
W kolejnych projektach (UE, NCN) twórczo kontynuujemy idee będące podstawą niniejszych badań.
Uzyskane wyniki przyczyniają się do promowania i stosowania naturalnych substancji bioaktywnych
(prebiotyki, synbiotyki) przyjaznych dla środowiska, człowieka oraz zwierząt gospodarskich, jako
alternatywy dla środków farmakologicznych. Praktyczne znaczenie badań można przedstawić w
następujący sposób: