Молекулярні методи показали, що кишкова мікробіота свиней складається з десятків різних груп бактерій, що складаються з сотень видів, які розкладаються на ще більше штамів бактерій. В цілому метаболічний потенціал та функціональне різноманіття величезні, щонайменше вдесятеро перевищують загальну кількість клітин в організмі тварини. Було визнано, що мікробіота кишечника пов’язана, серед іншого, з дозріванням імунітету, пригнічує перевиробництво патогенів та допомагає тваринам економити енергію, використовуючи бактеріальні метаболіти заднього кишкового бродіння.
Уздовж кишкового тракту є кілька різних відділів, які живуть у різних групах бактерій. Наприклад, шлунки поросят, що годують, були сильно заселені молочнокислими бактеріями. Зокрема, як відомо, лактобактерії є бар’єром проти патогенних бактерій. Також відомо, що лактобактерії домінують у тонкому кишечнику свиней. Тут вони сильно взаємодіють з епітелієм господаря і, як кажуть, допомагають розвинути імунну систему. Хоча в тонкому кишечнику переважають лактобактерії, в цьому середовищі існування збагачуються й інші групи, такі як ентеробактерії (найвідоміший представник групи - кишкова паличка) та бактерії, що ферментують лактат (Veillonella et al.). Домінування лактобактерій закінчується в задній кишці, де незаповнені поживні речовини та матеріал-хазяїн (нарізані епітеліальні клітини, муцини, ендогенні білки) ферментуються величезною кількістю суворих анаеробних бактерій, здатних ферментувати майже необмежено широкий спектр субстратів .
Кишкові бактерії під час відлучення
Встановившись, мікробіота кишечника здатна швидко адаптуватися до змін навколишнього середовища, таких як зміни дієти. Хоча мікробіоти дорослих зазвичай важче модифікувати у дорослих тварин, молоді люди все ще працюють над розвитком безперервного бактеріального профілю і тому схильні до модифікацій. Процес відлучення - це такий час для модифікації, дуже драматичний період не лише для свині. Кишкові бактерії поросят, що годують, використовувались на легко ферментованих субстратах у вигляді молока та господаря (муцини, клітини епітелію тощо). Раптова зміна твердих кормів і різка зміна більшості фізіологічних функцій кишечника є фазою перебудови бактеріального консорціуму, що призводить до хаотичних результатів. Це можливість для розповсюдження умовно-патогенних мікроорганізмів. Кишкові збудники зазвичай процвітають у незбалансованому стані; наявність субстратів може зменшити конкуренцію з боку інших бактерій або морфологічні зміни в епітелії клітини-господаря, що може сприяти інвазії. Видимими результатами відлучених свиней є діарея як протидія дисфункції кишечника у тварин.
Антибактеріальний ефект дієтичного ZnO
Щоб подолати цю проблему, багато країн використовують високі дози (до 3000 мг/кг корму) їстівного оксиду цинку у свинарстві для успішної боротьби з діареєю після відлучення свиней. Найвірогіднішим антибактеріальним ефектом оксиду цинку є вільний іон Zn 2+, який дифундує в бактеріальну клітину і діє радикально. Хоча бактеріям для підтримки свого метаболізму потрібна кількість цинку як молотків, токсичність іонів Zn 2+ (та інших важких металів) викликає для них набагато більшу стурбованість. Бактерії розробили різні механізми проти підвищених внутрішньоклітинних концентрацій цинку. Загалом грамнегативні бактерії, такі як ентеробактерії, покладаються на транспортні катіонні протони, тоді як грампозитивні речовини, такі як молочнокислі бактерії, використовують викид АТФази Р-типу.
Оксид цинку при фізіологічному рН дуже нерозчинний, але в кислих умовах у шлунках свиней утворюються іони цинку. Насправді понад 50% загальної кількості оксиду цинку може бути присутнім у вигляді вільних іонів вуглецю цинку в шлунках відлучених свиней. Таким чином, шлунок може бути відправною точкою регуляторного впливу токсичного іона Zn 2+ на мікробіоти кишечника.
Однак поверхневий ефект кристала ZnO може зіграти свою роль, тому фізична форма ZnO є важливим фактором, який слід враховувати. Більше того, медичні вироби, покриті оксидом цинку, використовуються вже давно. Різні фізичні прояви ZnO також стали результатом різної переробки сировини: так званий процес "Waelz" дає близько 40% ZnO ("кормовий клас") із значними кількостями інших важких металів, таких як кадмій, тоді як гідросульфідний процес дає значно вищі врожаї (90%) і, таким чином, різко зменшує забруднення іншими металами.
Різні концентрації ZnO
Підвищена концентрація цинку
Бактеріальний потенціал для адаптації до підвищених концентрацій цинку вже помітний на першому тижні застосування оксиду цинку. Експерименти з кишечником показали, що бактерії свиней, які годують раціон з високим вмістом цинку, краще пристосовані для вирощування на середовищі з вищою концентрацією цинку в цинку, ніж свині, які споживають дієту з низьким вмістом цинку. Ентеробактерії були найрізноманітнішими, тобто найбільш адаптивними бактеріями в цьому процесі. Цей ефект видно лише в перші два тижні після відлучення.
Оскільки діарею після відлучення часто викликають патогенні E. colistrains, загалом вважають, що одним із прямих ефектів цинку є зменшення цих патогенних штамів. Послідовні результати різних дослідницьких груп з основних бактеріальних груп через два тижні після застосування оксиду цинку показали зменшення лактобактерій та збільшення клостридій. У ентеробактерій змін не спостерігалося, за винятком збільшення різноманітності цієї групи бактерій. Інгібуючий ефект кишкової палички може спостерігатися лише відразу після відділення.
Добро - це погано і негарно
Якщо "хороші" лактобактерії зменшені, "поганий" ріст клостридій та "потворні" ентеробактерії залишаються незмінними, як пояснити зменшену діарею після відлучення?
Ми маємо диференціювати. Так, лактобактерії вважаються корисними, але вони не самотні в кишечнику. Ні, клостридії непогані, лише незначна частка всіх клостридій є патогенними. Клостридії - це ціла група найрізноманітніших бактерій, і насправді заднє шлункове бродіння свиней в першу чергу залежить від класу клостридій. Нарешті, неприємні ентеробактерії - звичайні мешканці кишечника. Як і клостридії, в родині є кілька чорних овець, які дають цілу групу погане ім’я.
Отже, що таке ентеробактерії? Вони можуть регулювати патогенні члени, які є небажаними, тобто викликають діарею у відлучених свиней. Патогенні штами живуть в одних і тих же проміжках, ферментують однакові субстрати і потребують тих самих факторів росту, що і непатогенні ентеробактерії. Збільшення різноманітності встановлених ентеробактерій збільшує конкуренцію за «новачків», і, як результат, потенціал колонізації патогенних штамів зменшується. Але мінус у цьому .
Попереджувальне слово
Ефективне лікування оксидом цинку
Загалом оксид цинку виявляється найбільш активним у перший тиждень після відлучення. Пошкодженням цього загального зниження бактерій є нижчий рівень колонізації патогенних бактерій, включаючи діарею, що викликає E. coli. Пізніше вплив на кишкову паличку можна пояснити посиленням конкуренції за збільшення різноманітності ентеробактерій.
Обмеження щодо застосування
Антибактеріальний ефект знижується у житті тварин. Стійке зниження лактобактерій, а також зниження задньої стимуляції кишечника може виявитись негативним для стійкості тварин до пізніших бактеріальних інфекцій життя та втрати енергії від бродіння. Співвідношення між вживанням цинку та розвитком стійкості до антибіотиків - це питання, яке потрібно ретельно контролювати. Вже в останньому тисячолітті кілька авторів припустили, що використання оксиду цинку слід обмежити двома тижнями після поділу. Результати останнього десятиліття з цього питання однозначно вказують у тому ж напрямку.