Probiotické aditíva ako modulátory črevnej mikroflóry prasiat
Produkčné zdravie a črevná mikroflóra
Primárnou funkciou tráviaceho traktu prasiat je príjem krmiva s obsahom nutričných látok, ktoré sú v ňom spracované, enzymaticky degradované alebo fermentované a následne absorbované z čreva do orgánov a tkanív. Produkčné zdravie zvierat, ktoré veľmi významne ovplyvňuje ekonomiku chovu, je do veľkej miery závislé od zdravia gastrointestinálneho traktu, ktoré je nevyhnutným predpokladom pre vykonávanie uvedených fyziologických funkcií. V črevách je lokalizovaná mikroflóra s pomerne výraznými rozdielmi zastúpenia jednotlivých druhov. Jej kvantitatívny podiel sa zvyšuje smerom od dvanástnika po konečník.
Kolonizácia čriev mikroorganizmami sa začína hneď po narodení a v ďalšom období sa vyvíja na zrelú mikroflóru, ktorá pozostáva z viac ako 1000 druhov baktérií (Rajilic-Stojanovic et al., 2007; Zoetendal et al., 2008; Isaacson and Kim, 2012).
Priebeh kolonizácie tráviaceho traktu je ovplyvňovaný niekoľkými faktormi a to bakteriálnou mikroflórou v prostredí, genotypom prasiat, zoohygienou, ako aj zložením diéty z pohľadu živín, jednotlivých íngrediencií a prítomnosti špecifických kŕmnych aditív v kŕmnych zmesiach.
Pre optimálnu funkciu tráviaceho traktu je dôležité udržať rovnováhu bakteriálnej flóry, ktorej zloženie je v prevádzkových podmienkach chovu ošípaných výrazne ovplyvňované zmenami výživy. Ďalším faktorom, negatívne vplývajúcim na kvalitatívne a kvantitatívne zastúpenie črevných baktérií je príjem farmaceutických látok, a to predovšetkým antibiotík, ktoré inhibujú rast a rozmnožovanie baktérií a tým narúšajú mikrobiálnu rovnováhu. Takto dochádza k posunu zastúpenia mikroflóry v tráviacom trakte od potenciálne prospešnej (laktobacily, bifidobaktérie) k patogénnej (klostrídie, proteolytické druhy Bacteroides). Výslekom narušenia mikrobiologickej rovnováhy je vyššia citlivosť na infekcie spôsobené enteropatogénmi (Salmonella, Campylobacter, niektoré druhy Escherichia coli a Listeria). Z uvedeného dôvodu je vhodné pre hostiteľské zviera zvyšovať podiel prospešných baktérií, ako sú laktobacily a bifidobaktérie na úkor nežiadúcich (Fooks a Gibson, 2002).
Lokálna imunita
Okrem tráviacej funkcie črevného traktu je veľmi dôležitá jeho bariérová funkcia, v rámci ktorej sú hlavnými zložkami bakteriálna mikroflóra a imunitný systém. Fyziologická črevná mikroflóra zohráva dôležitú úlohu pri vytváraní a udržiavaní účinnej bariéry voči patogénom. Významná časť imunitného systému, s podielom až 70 - 75% imunitných buniek, je lokalizovaná v sliznici a v submukóze čreva.
V črevnom tkanive dochádza k programovaniu a regulácii lokálneho imunitného systému, ktorý komunikuje s imunitným systémom v iných častiach organizmu zvieraťa (Weng a Walker, 2013).
Dôležitú úlohu vo vývoji lokálneho imunitného systému a imunitnej kompetencie zohráva tiež komunikácia medzi črevnou mikroflórou a slizničným imunitným systémom. Na základe experimentálnych výsledkov bolo v posledných rokoch zistené, že skorá mikrobiálna kolonizácia čreva v postnatálnom období a jeho morfologický vývoj významne vplývajú na lokálnu imunitu, z toho vyplývajúce dlhodobé zdravie a produkčnú schopnosť zvierat. Významným faktorom s dlhodobým účinkom na zloženie črevnej mikroflóry a rozvoj lokálneho imunitného systému v čreve je manipulácia kŕmnej dávky.
Narušenie črevnej mikroflóry u prasiat
U cicajúcich a odstavených prasiat dochádza k narušeniu črevnej mikroflóry, chorobným procesom alebo dysfunkciou čreva, najčastejšie vplyvom patogénnych mikroorganizmov (Gorbach et al., 1987), dietárnymi antigénmi (Salminen et al., 1998) alebo inými škodlivými látkami (Siitonen et al., 1990), ako sú antimikrobiálne liečivá alebo mykotoxíny.
Hnačkové ochorenia sú obyklé u cicajúcich, ako aj odstavených prasiat. Mortalita je pri nich pozorovaná v prípade nižšej úrovne zoohygieny, nevhodného spôsobu chovu (skorého odstavu), stresujúceho prostredia a nevyhovujúcich faktorov kŕmenia. Príčiny hnačkových ochorení u cicajúcich prasiat sú rozdielne a niekedy môžu skončiť úhynom. Ich priebeh v chovoch je veľmi rýchly a obvykle trvá len niekoľko hodín. Pomerne často postihujú všetky prasatá vo vrhu, pričom sa prejavujú rýchlou dehydratáciou, ktorá je sprevádzaná vysokou mortalitou.
Príčinami sú infekcie spôsobené E. coli, klostrídiami, kokcídiami, rotavírusmi a koronavírusmi (Straw et al., 1999, Taylor, 1995).
Hlavné príčiny hnačkových ochorení prasiat v období prvých troch týždňov po narodení sú uvedené v tab. 1.
Tab. 1: Hlavné príčiny hnačkových ochorení prasiat v období 21 dní po narodení
V neskoršom období dochádza k hnačkovým ochoreniam po odstave. Toto obdobie je charakteristické stresom, ktorý sa prejavuje vyššou citlivosťou odstavených prasiat k vírusovým a bakteriálnym ochoreniam. Ich priebeh je menej vážny a mortalita je na nižšej úrovni.
Medzi pravdepodobných pôvodcov možno zaradiť patogénne E. coli, salmonely, rotavírusy, koronavírusy, Campylobacter a pôvodcu dyzentérie Brachyspira hyodysenteriae (Straw et al., 1999, Taylor, 1995).
Enterotoxigénne E. coli ETEC vyvolávajú kolibacilózu. Tieto enterobaktérie produkujú enterotoxíny a na ich povrchu sú prítomné faktory virulencie F (fibrie) a to F4, F5 a F6. F4 je označovaný aj K88 a F5 a F6 ako antigen 987P.
Probiotické aditíva
Za účelom profylaktického ošetrenia črevných infekcií spôsobených enteropatogénnymi baktériami, pre ochranu zvierat proti rôznym intestinálnym ochoreniam a poruchám obzvlášť tým, ktoré boli spôsobené patogénnymi mikroorganizmami sa v praktických podmienkach používajú probiotické aditíva (Fooks a Gibson, 2002). Tie sú obvyklé ingrediencie kompletných diét, do ktorých sú pridávané ako preventívny faktor proti intestinálnym ochoreniam a pozitívny faktor pre založenie eubiózy v črevnom trakte (Kumprecht a Zobač, 1998). Probiotické aditíva môžu obsahovať jednu alebo niekoľko baktérií (Fooks a Gibson, 2002). Podľa poslednej formálnej definície probiotík, ktorá bola odsúhlasená pracovnou skupinou Európskych vedcov, sú probiotiká živé mikrobiálne kŕmne aditíva, ktoré priaznivo vplývajú na zdravotný stav zvieraťa (Salminen et al., 1998). Uvedená definícia zdôrazňuje zlepšenie zdravotného stavu. Probiotický účinok po príjme živých mikroorganizmov je následne manifestovaný prostredníctvom blahodárnych zmien črevnej mikroflóry. Mikroorganizmy sú obvykle aplikované v špecifických prípravkoch vo forme prášku a následne sú pridávané do kompletných kŕmnych zmesí. Tento spôsob podávania je v chovateľských podmienkach najbežnejší, avšak možnou technologickou alternatívou sú tiež tabletky a kapsuly.
S cieľom dlhodobého uchovávania mikroorganizmov sa využíva lyofilizácia, ktorá zachováva ich rozmnožovaciu schopnosť. Jednou z možností, ktorá je však v prevádzkových podmienkach veľmi ťažko realizovateľná, je podávanie čerstvých kultivovaných baktérií v kvapalnom médiu. V početných publikovaných pokusoch so zvieratami boli probiotiká použité ako kŕmne aditíva s cieľom prevencie a ošetrenia gastrointestinálnych ochorení s potenciálom ich využitia v praktických podmienkach. Presný popis spôsobov pôsobenia probiotík s dosiahnutím žiadúceho účinku nie je známy. Na základe experimentálnych výsledkov sa delia na chemickú inhibíciu alebo stimuláciu, kompetíciu o nutričné látky, ovplyvnenie imunitného systému a súťaž o receptory potrebné pre adhéziu na slizničnom povrchu čreva (Fooks a Gibson, 2002).
V prípade biochemických účinkov sú organizmy inhibované navzájom prostredníctvom produkcie proteínových komplexov – bakteriocínov (Gibson a Wang, 1994). Tiež produkujú krátkoreťazcové mastné kyseliny, kyselinu mliečna a kyselinu octovú (bifidobaktérie a laktobacily), ktoré znižujú pH v čreve (Sanders, 1993).
Kompetícia o nutričné látky je dôležitý faktor, ktorý ovplyvňuje zloženie črevnej mikroflóry. Vzostup podielu probiotických baktérií znižuje prístupnosť substrátov pre iné baktériálne populácie (Fooks a Gibson, 2002).
Kyselinu mliečnu produkujúce probiotické baktérie stimulujú lokálny imunitný systém a to predovšetkým bunkou sprostredkovanú imunitu, zvyšujú fagocytárnu aktivitu makrofágov, čím upravujú zastúpenie črevnej mikroflóry. Povrchový imunoglobulín A, ktorý je prichytený k mukozálnej membráne, obmedzuje adherenciu enteropatogénov, ktoré invadujú gastrointestinálny trakt (Perdigon et al., 1990).
Jedným z možných mechanizmov, ktorými pôsobia probiotické baktérie je ich adherencia na intestinálnu mukózu (Jacobsen et al., 1999), čo obmedzuje ich transport do ďalších častí tráviaceho traktu a tým zabezpečuje ich kvantitatívnu stabilitu v čreve.
Prevádzkový pokus s cicajúcimi a odstavenými prasatami
Cieľom prevádzkového pokusu vykonaného s cicajúcimi a odstavenými prasatami bolo stanoviť vplyv aplikácie aditív na báze probiotických baktérií Enterococcus faecium M-74, aplikovaných perorálne vo forme pasty od narodenia do 5. dňa veku a následne v premixe pridávanom do kŕmnej zmesi od 10. do 56. dňa veku, na výskyt hnačkových ochorení a produkčné parametre v podmienkach veľkochovu.
Prevádzkový pokus bol vykonaný v poľnohospodárskom podniku DONA s.r.o., Veľké Revištia, na farme zameranej na veľkovýkrm ošípaných. Pre produkciu pokusných prasiat bolo vybratých 96 prasníc pred pôrodom podľa princípu náhodného výberu, ktoré boli umiestnené po 32 ks do 3 sekcií pôrodnice s rovnakými technologickými a zoohygienickými podmienkami. Následne boli do pokusu zaradené 3 skupiny cicajúcich prasiat (biela ušľachtilá x landras) pri prasniciach po 323, 324 a 312 ks v jednotlivých sekciách.
Probiotické aditíva boli aplikované dvom pokusným skupinám a jednej kontrolnej počas obdobia od 1. – 56. dňa veku (tab. 2).
Tab. 2: Aplikácia probiotických aditív na báze baktérií Enterococcus faecium M-74 cicajúcim a odstaveným prasatám od 1. do 56. dňa veku
Na 1., 3. a 5. deň po narodení boli perorálne podávané pasty pre všetky 3 skupiny cicajúcich prasiat. Obsahovali okrem probiotických baktérií v tukoch rozpustné vitamíny A, D3, E a alternatívne ióny Fe2+ a imunoglobulíny Y (IgY), protilátky proti základným enteropatogénom prasiat (prasačiemu rotavírusu a Escherichii coli K88, 987P, F18. Obsah Fe2+ v organickej forme bol 100 mg v jednej aplikačnej dávke pre kontrolnú skupinu cicajúcich prasiat. Obom pokusným skupinám bol parenterálne jednorázovo podávaný železitý prípravok v dávke 200 mg Fe v období od 3. – 7. dňa. Do štartérovej kŕmnej zmesi, skrmovanej od 10. – 56. dňa, boli pridávané dvom pokusným skupinám probiotické premixy, pričom aditívum pre 2. pokusnú skupinu obsahovalo tiež spomenuté IgY protilátky v množstve 920 mg v jednom grame aktivovanej sušenej váječnej hmoty. Parametre štartérovej kŕmnej zmesi boli nasledovné: dusíkaté látky 180 g.kg-1, metabolizovateľná energia 13 MJ.kg-1, vláknina 30 – 45 g.kg-1, lyzín 11,5 g.kg-1, metionín a cysteín 6,5 g.kg-1.
V priebehu prevádzkového pokusu bolo vykonané vyhodnotenie zootechnických parametrov, kvantitatívne vyhodnotenie intestinálnych ochorení prejavujúcich sa hnačkou, bakteriologická kultivačná analýza rektálnych výterov hnačkujúcich prasiat, parenterálna aplikácia antibiotík za účelom ich terapie a mortalita.
Výsledky dosiahnuté v prevádzkovom pokuse z pohľadu produkčných parametrov a zdravotného stavu tráviaceho traktu sú vyjadrené v tab. 3. V období od narodenia do odstavu na 28. deň, resp. do 56. dňa veku bola incidencia hnačkových ochorení vo vrhu alebo v koterci, vyjadrená ako počet hnačkových dni, nižšia v oboch pokusných skupinách v porovnaní s kontrolnou skupinou, pričom pri porovnaní 2. pokusnej a kontrolnej skupiny bol tento rozdiel štatisticky významný. V rektálnych výteroch hnačkujúcich prasiat boli stanovené enterotoxigénne E. coli s K88 antigénom. Na základe Zhodne s uvedenými údajmi bol počet parenterálnych aplikácií antibiotických prípravkov nižší v pokusných skupinách v období od 1. do 28. dňa veku.
Tab. 3: Zootechnické parametre a výskyt hnačkových ochorení u cicajúcich a odstavených prasiat od 1. do 56. dňa veku
Záverom
možno konštatovať, že obe obdobia, a to postnatálne a podstavové, sú kritické pre ovplyvnenie zloženia intestinálnej mikroflóry s následným účinkom na rozvoj tráviacich, bariérových a imunologických funkcií v čreve. Probiotické aditíva pozitívne ovplyvnili špecifické patologické procesy v intestinálnom trakte prejavujúce sa hnačkovými ochoreniami.
Aplikáciou probiotických aditív na báze baktérií E. faecium M-74 alternatívne s imunoglobulínmi Y proti základným enteropatogénom prasiat v našom prevádzkovom pokuse v období a) od narodenia do odstavu na 28. deň veku a b) od odstvu do presunu do výkrmu na 56. deň veku došlo v oboch pokusných skupinách k zníženiu incidencie hnačkových ochorení a) o 20,07, resp. 34,17%, b) 36,61%, resp. 96,96%, parenterálnej aplikácie antibiotík a) o 21,33, resp. o 48%, mortality a) o 2,63, resp. 17,23%, b) 14,57, resp. 29,14%.
Literatúra
1) Fooks, L.J., Gibson, G.R. (2002): Probiotics as modulators of the gut flora. British Journal of Nutrition, 88, Suppl 1, S39-49, DOI: 10.1079/BJN2002628
2) Gibson, G.R., Wang, X. (1994): Regulatory effects of bifidobacteria on the growth of other colonic bacteria. Journal of Applied Bacteriology, 77, 412 – 420.
3) Gorbach, S.L., Chang, T.W., Goldin, B. (1987): Successful treatment of relapsing Clostridium difficile colitis with Lactobacillus GG. Lancet, 26, 1519.
4) Isaacson, R., Kim, H. B. (2012): The intestinal microbiome of the pig. Animal Health Research Reviews, 13, 100-109.
5) Jacobsen, C.N., Rosenfeldt Nielsen, V., Hayford, A.E., Moller, P.L., Michaelsen, K.F., Paerregaard, A., Sandström, B., Tvede, M., Jakobsen, M. (1999): Screening of probiotic activities of fortyseven strains of Lactobacillus spp. by in vitro techniques and evaluation of the colonization ability of five selected strains and evaluation of the colonization ability of five selected strains in humans. Applied and Environmental Microbiology, 65, 4949–4956.
6) Kumprecht, I., Zobač, P. (1998): Účinek probiotických praparátů na bázi Sacharomyces cerevisiae a Enterococcus ve směsích s rozdílnou hladinou vitamínů skupiny B na úžitkovost kuřecích brojlerů. Czech. J. Animm.Sci., 43, 63–70.
7) Perdigon, G., Alvarez, S., Nader de Macias, M.E., Roux, M.E., Pesce de Ruiz Holgado, A. (1990): The oral administration of lactic acid bacteria increase the mucosal intestinal immunityin response to enteropathogens. Journal of Food Protection, 53, 404–410.
8) Rajilic-Stojanovic, M., Smidt, H., De Vos, W. M. (2007): Diversity of the human gastrointestinal tract microbiota revisited. Environmental Microbiology, 9, 2125-2136.
9) Salminen, S., Ouwehand, A.C., Isolauri, E., (1998): Clinical aaplication of probiotic bacteria. International Dairy Journal, 8, 563-572.
10) Sanders, M.E. (1993): Effectof consumption of lactic cultures on human health. Advances in Food and Nutrition Research, 37, 67 – 130.
11) Siitonen, S., Vapaatalo, H., Salminen, S., Gordin, A., Saxelin, M., Wikberg, R., Kirkkola, A. (1990): Effect of Lactobacillus GG yoghurt in prevention of antibiotic associated diarrhoea. Annals of Medicine, 22, 57-59.
Weng, M., Walker, W. A. (2013): The role of gut microbiota in programming the immune phenotype. Journal of Developmental Origins of Health and Disease, 4, 203-214.
12) Straw, B.E., Dewey, C.E., Wilson, M.R. (1999): Differential diagnosis of swine diseases. In: Straw, B.E., D´Allaire, S., Mengeling, W.L., Taylor, D.J. (Eds.), Diseases of Swine, eighth ed. Iowa State University Press, Ames, Iowa, 41–89
13) Taylor, D.J. (1995): Pig Diseases, Taylor, D.J. (Ed.), sixth ed. Farming Press Books and Videos, UK, 314 pp. ISBN-10: 0950693251, ISBN-13: 978-0950693255
14) Weng, M., Walker, W.A. (2013): The role of gut microbiota in programming the immune phenotype. J. Dev. Orig. Health Dis., 4(3), 23 pp. doi: 10.1017/S2040174412000712
15) Zoetendal, E. G., Rajilic-Stojanovic, M., De Vos, W. M. (2008): High-throughput diversity and functionality analysis of the gastrointestinal tract microbiota. Gut, 57, 1605-1615.
