речовин

ЯК ПИТАННЯ ТА МЕТАБОЛІЗМ ВПЛИВАЮТЬ НА ЗДОРОВ'Я І ІМУНІТЕТ ПТИЦ

МАЙКЛ Х. КОГУТ

XX Всесвітній ветеринарний конгрес. Едінбург, 4/8-9-2017

АНОТАЦІЯ

Харчування та імунна система тісно взаємопов’язані, впливаючи на обмін речовин та харчування на імунну систему, тоді як реакції імунної системи, в свою чергу, впливають на обмін речовин.

Поняття про те, що захист хазяїна та стан харчування пов’язані між собою, тепер слід розширити, включивши третій компонент: мікробіоту кишечника.

Цей біологічний зв’язок більше не можна вважати виключно залежним від господаря,

але також другого геномного компонента всередині хазяїна, мікробіома.

Програми мікробіомів включають імунітет та стимулюють метаболом, який впливає на мікроелементи та енергетичний баланс. Нарешті, порушення складу мікробіоти може спровокувати запалення кишечника та спричинити неадекватні імунні реакції.

У свою чергу, імунітет хазяїна формує мікробіом, а його поживний статус впливає на елементи його захисних сил та формування коменсальної мікробної спільноти. Негайні та стійкі метаболічні зміни модулюють захисні реакції господаря під час інфікування за допомогою метаболічних норм, регульованих механізмами виявлення поживних речовин.

Ці механізми регулювання, що впливають на імунні клітини, відомі як імунометаболічні регулятори. Характеристика цих механізмів показує, як ці регулятори регулюють імунітет господаря.

Крім того, метаболіти, що утворюються кишковою мікробіотою та тканинами, інструктують їх імунну реакцію та сприяють функціонуванню імунної системи. Тому взаємодія між імунними клітинами та метаболічним гомеостазом призводить до ефективних та шкідливих імунних реакцій.

Користування перевагами правил імунометаболізму є перспективною стратегією підвищення антимікробного імунітету як альтернативи антибіотикам. Ця делікатна імунометаболічна регуляція забезпечує нові важелі для імунологів для звільнення та оволодіння імунітетом.

ВСТУП

У галузі бройлерів та індиків антибіотики широко використовувались як кормові добавки для поліпшення зростання та врожайності.

Однак розповсюдження стійких до них патогенних мікроорганізмів у медичних та ветеринарних установах призвело до заборони на корм для тварин в ЄС та різкого скорочення їх використання в США, де виробники птиці все частіше під тиском посилювались, щоб зменшити використання антибіотиків для боротьби з хворобами та поліпшення виробництва, розробка економічно вигідних альтернатив антибіотикам для зменшення цих патогенних мікроорганізмів у продуктах птиці мала б велике значення для харчової промисловості та споживачів.

ОГЛЯД ІМУННОЇ СИСТЕМИ

Вроджений імунітет - це перша лінія захисту від патогенних організмів та інтерфейс взаємодії між господарем та мікробіотою. На клітинному рівні вроджена імунна відповідь опосередковується епітеліальними клітинами на поверхнях слизової оболонки та фагоцитарними клітинами, які знаходяться в тканинах або збираються з крові, включаючи гранулоцити, моноцити та макрофаги. На молекулярному рівні вроджені імунні клітини виявляють мікроби за допомогою рецепторів розпізнавання зразків - PRR -, які розпізнають молекулярні сигнатури - також відомі як молекулярні структури, пов’язані з патогенами - мікробних клітин, включаючи білки, ліпіди та нуклеїнові кислоти.

PRR також розпізнають молекули підпису господаря, що вказують на клітинні захворювання та травми. Розпізнавання патогенних мікроорганізмів за допомогою цих рецепторів призводить до активації клітинних захисних механізмів та вироблення секретованих протизапальних цитокінів, які попереджають інші клітини-господарі про наявність інфекції та сприяють більшому набору клітин крові з місця зараження та індукують системну реакції на захворювання, такі як лихоманка.

Розпізнавання патогенних мікроорганізмів через PRR також стимулює мікробіцидні механізми вродженого імунітету, такі як вироблення активних форм кисню та антимікробних пептидів, частково шляхом активації фагоцитарних клітин.

Механізми захисту набутого імунітету засновані на розпізнаванні «чужорідних» молекулярних форм, званих антигенами. Адаптивний імунітет активується повільніше - від 3 днів до 2 тижнів - за рахунок поєднання сигналів від вродженої імунної системи та антигенів, і в основному опосередковується В-клітинами та Т-клітинами.

Ці клітини несуть рецептори, які розпізнають чужорідні молекулярні структури, але не мають внутрішнього упередження для розпізнавання патогенів. Отже, адаптивний імунітет залежить від вродженої імунної системи для початкового розпізнавання збудників. Вроджені сигнали імунної відповіді обумовлюють селективне розширення та активацію популяцій В-клітин та Т-клітин, що є специфічним для постійного впливу інфекції.

Основні ефекторні механізми адаптивного імунітету включають вироблення антитіл В-клітинами, загибель заражених клітин-господарів цитотоксичними Т-клітинами та різні дії, опосередковані Т-хелперними клітинами.

Найважливіше, що активація адаптивного імунітету призводить до вироблення В-клітин і Т-клітин пам'яті, які можуть забезпечити специфічний захист протягом усього життя від наступних інфекцій патогеном, який несе ті самі антигени.

МОДУЛЮВАННЯ ГОСТИННОГО ІМУНІТЕТУ ЯК АЛЬТЕРНАТИВИ АНТИБІОТИКІВ

Незважаючи на зусилля, спрямовані на припинення зростання та розповсюдження антимікробної стійкості, бактерії залишаються менш сприйнятливими до антимікробних препаратів з часом, і швидкість відкриття нових антибіотиків сповільнюється. Тому важливо дослідити нові парадигми протиінфекційної терапії у тваринництві. Ефективна імунна відповідь господаря на патогени на ранніх стадіях зараження є критичним фактором, що визначає стійкість та сприйнятливість до хвороб.

Один з перспективних підходів включає імуномодулюючу терапію, спрямовану на господаря, за допомогою якої природні механізми використовуються у господаря для посилення терапевтичної користі. Мета - ініціювати або посилити захисний антимікробний імунітет, одночасно обмежуючи пошкодження тканин, спричинені запаленням.

Очевидним є те, що стимуляція вродженої імунної відповіді має найбільший потенціал захисту від збудників харчових продуктів, незалежно від того, вірусні вони, бактеріальні чи найпростіші.

Перевагами модуляції вродженої реакції є:

        1. Швидкість індукції
        2. Неспецифічність відповіді, що дозволяє перехресний захист від неспоріднених патогенів
        3. Різні рівні терапевтичного потенціалу: профілактичні та допоміжні ефекти, системний та місцевий захист та множинні клітинні імунні мішені.

Імунну модуляцію можна визначити як маніпуляцію з імунною системою для контролю інфекцій та інших несприятливих наслідків для здоров’я з точним регулюванням, щоб уникнути ускладнень, одночасно пригнічуючи або посилюючи зусилля, спрямовані на користь здоров’ю тварин і людей. Імунна модуляція - це підхід до нових протиінфекційних методів лікування, за допомогою яких природні механізми у господаря можуть бути використані для посилення терапевтичної користі

Стимуляція вродженого імунітету має значний потенціал для стимулювання швидкого та глибокого перехресного захисту від неспоріднених патогенів.

Були проведені великі дослідження щодо розробки та оцінки сучасних альтернатив стимулюючим зростання антибіотиків, які є принаймні частково імуномодулюючими за своєю функцією у птахів, такі як прямі кормові пребіотики/пробіотики/мікробні речовини, фітохімікати, антимікробні пептиди - захисні пептиди господаря -, необхідні олії, бутират та органічні кислоти, ферменти та антитіла з яєчного жовтка.

ІМУНОВА ПОЖИВНА МОДУЛЯЦІЯ

Взаємодія між живленням птахів та імунною реакцією була ретельно перевірена. Дослідження щодо обмеження кормів надали більше інформації про вплив харчування на імунну компетентність.

За останнє десятиліття галузь харчової імунології стала особливістю в галузі пташиної імунології, що свідчить про вплив харчових компонентів на пташиний кишечник та системний імунітет.

З іншого боку, були створені концепції щодо наслідків харчування та дієтичного втручання для профілактики захворювань і навіть корекції патофізіологічних станів, але, незважаючи на кількість досліджень, які демонструють здатність поживних речовин впливати на імунну відповідь птиці, порівняно небагато дослідження були успішними з використанням харчової модуляції імунітету для стимулювання захисту від інфекційних захворювань. Лише недавні дослідження стверджували, що частиною проблеми є те, що більшість досліджень використовували лише одне вимірювання як маркер імунної ефективності.

З іншого боку, незважаючи на останні досягнення в цій галузі, взаємодія між харчовими процесами та імунною системою повністю зрозуміла.

Зокрема, специфічні клітинні та молекулярні імунні відповіді, пов’язані з компонентами корму, та роль кишкового бар’єру та мікробіоти у взаємодії між імунною системою та харчуванням ще не з’ясовані до кінця.

ІНШІ АСПЕКТИ, ЩОБ РОЗГЛЯДАТИ ПРИ ВРАХУВАННІ ВПЛИВУ ЕЛЕМЕНТІВ НА ІМУНІТЕТ

Нижче ми вкажемо на деякі аспекти, якими нехтували при вивченні впливу харчування та поживних речовин на імунну функцію - мікробіому кишечника - або ненавмисних наслідків надмірного годування різними поживними речовинами - запалення, спричиненого їжею та метазапалення. -.

Імунометаболізм

Інтерфейс імунної системи та метаболізму є новою галуззю вивчення, донедавна імунітет та метаболізм трактувались як окремі процеси, що здійснюються організмом. Імунітет зосереджується на розпізнаванні та стійкості до збудника хвороби, а також включає власний набір клітин та тканинної діяльності.

Обмін речовин впливав лише на хімічні процеси, які забезпечували енергію для виконання різних функцій організму; включаючи імунні функції, а просто як джерело енергії для імунної системи.

У тваринництві розглядається імунометаболізм, хоча не як такий. Виробники птиці чітко дали зрозуміти, що зосереджуються лише на максимальному зростанні, хоча це може зашкодити імунному потенціалу, коли вроджена реакція має негативні наслідки для зростання.

Інтеграція метаболізму та імунітету забезпечує напрямок досліджень для досягнення кінцевої мети максимізації зростання та виробництва без негативного впливу на здоров'я тварин.

Наші власні дослідження продемонстрували майже незліченні зв’язки між клітинними сигнальними білками, які класично характеризуються як члени імунних або метаболічних функціональних груп.

Через ці зв’язки ми вважаємо, що інтегрований імунометаболічний підхід варто розглянути кожному, хто досліджує тваринництво з точки зору харчування/метаболізму чи імунітету/захворювання.

Баланс зростання/імунітету.

Важливим напрямком досліджень, що поєднують імунітет і метаболізм у тваринництві, було те, як складання імунної відповіді впливає на рівень енергії та передачу енергії від росту до імунітету. Дослідження енергетичних наслідків імунітету є відносно просунутими в науці про тварин. Протягом багатьох десятиліть було зрозуміло, що тварина, яка ініціює вроджену імунну/запальну реакцію, швидше за все буде рости повільніше і матиме гіршу конверсію корму. Вважається, що одним із способів дії тварин, що стимулюють ріст тварин, є загальне зменшення запалення.

Насправді, стверджувалося, що протизапальні ефекти антибіотиків, що стимулюють ріст, навіть важливіші за зменшення/елімінацію збудників хвороб.

Запалення, імунітет і обмін речовин

У галузі тваринництва викликає занепокоєння запалення, спричинене годуванням. Деякі харчові інгредієнти можуть призвести до запальної реакції кишечника, такі як деякі неперетравлювані компоненти пшениці та жита, а також соєві та рибні страви. Навіть занадто багато їжі може призвести до змін імунної відповіді.

Сучасна стратегія годівлі тварин полягає в додаванні екзогенних ферментів у раціон для розщеплення деяких неперетравних та/або запальних компонентів корму в кишечнику з метою зменшення імунної відповіді та перенаправлення цієї енергії на ріст.

Сучасна тенденція годування передбачає пошук добавок для поліпшення стійкості тварин до хвороб, або впливаючи на імунну відповідь господаря, або на мікробіоти кишечника. Слід бути обережними, оцінюючи ці добавки з обґрунтованою науковою методологією, щоб визначити їх ефективність та зрозуміти механізм їх дії.

Завдяки інтегрованому підходу ми можемо розширити наші потенційні цілі для втручання у захворювання та наше розуміння того, як метаболічні процеси можуть впливати на здоров’я.

У птахівництві ретельно досліджено вплив харчування на імунітет та внутрішньоклітинні взаємодії імунометаболізму. Нещодавнє розширення області імунометаболізму включає характеристику прямих внутрішньоклітинних зв'язків між метаболізмом та імунітетом. Шлях синтезу білка регулюється mTOR, а також бере участь у долі Т-клітин, визначаючи, стає клітина ефектором чи регулятором.

AMPK - це енергетичний датчик, який контролює співвідношення AMP: ATP, змінюючи анаболічний та катаболічний процеси, хоча він також бере участь у вродженій імунній відповіді та має прямий зв’язок з mTOR. Докази також вказують на індуковане епігенетичне метаболічне перепрограмування імунних шляхів через сиртуїни.

Минула перспектива розділення імунітету та метаболізму означала зосередження уваги на спрямуванні імунних шляхів при інфекційних захворюваннях та шляхах метаболізму для росту та метаболічних порушень.