здравето

КАК ХРАНЕНЕТО И МЕТАБОЛИЗЪМЪТ ВЛИЯНАТ НА ЗДРАВЕТО И ИМУНИТЕТА НА ПТИЦИТЕ

МАЙКЪЛ Х. КОГУТ

XX Световен ветеринарен конгрес. Единбург, 4/8-9-2017

РЕЗЮМЕ

Храненето и имунната система са силно взаимосвързани, оказвайки влияние върху метаболизма и храненето върху имунната система, докато реакциите на имунната система от своя страна влияят върху метаболизма.

Представата, че защитата на гостоприемника и хранителният статус са свързани помежду си, сега трябва да се разшири, за да включи трети компонент: чревната микробиота.

Тази биологична връзка вече не може да се счита изключително зависима от гостоприемника,

но също така и на втори геномен компонент в гостоприемника, микробиома.

Програмите за микробиом включват имунитет и стимулират метаболома, който влияе върху микроелементите и енергийния баланс. И накрая, нарушаването на състава на микробиотата може да предизвика чревно възпаление и да предизвика неподходящи имунни реакции.

На свой ред имунитетът на гостоприемника оформя микробиома и неговият хранителен статус влияе върху елементите на неговата защита и формирането на коменсалната микробна общност.Незабавните и трайни метаболитни промени модулират защитните реакции на гостоприемника по време на инфекция чрез метаболитни регулации, регулирани от машини за откриване на хранителни вещества.

Тези регулаторни механизми, които засягат имунните клетки, са известни като имунометаболитни регулации. Характеризирането на тези механизми разкрива как тези регулатори регулират имунитета на гостоприемника.

В допълнение, метаболитите, генерирани от чревната микробиота и тъканите, инструктират имунните отговори на тях и допринасят за функционалността на имунната система. Следователно взаимодействието между имунните клетки и метаболитната хомеостаза води до ефективни и вредни имунни отговори.

Възползването от разпоредбите за имунометаболизма е обещаваща стратегия за повишаване на антимикробния имунитет като алтернатива на антибиотиците. Тази деликатна имунометаболитна регулация предоставя нов лост за имунолозите за освобождаване и овладяване на имунитета.

ВЪВЕДЕНИЕ

В производството на бройлери и пуйки антибиотиците се използват широко като фуражни добавки за подобряване на растежа и добива.

Въпреки това, разпространението на патогени, устойчиви на тях в медицински и ветеринарни условия, доведе до забраната им за хранене на животни в ЕС и драстично намаляване на употребата им в Съединените щати, като производителите на птици все по-често са под натиск да намалят употребата на антибиотици до контрол на болестите и подобряване на производството, разработването на рентабилни алтернативи на антибиотиците за намаляване на тези патогени в продуктите от птиче месо би имало голямо значение за хранителната промишленост и потребителите.

ПРЕГЛЕД НА ИМУННАТА СИСТЕМА

Вроденият имунитет е първата линия на защита срещу патогенните организми и границата на взаимодействия между гостоприемника и микробиотата. На клетъчно ниво вроденият имунен отговор се медиира от епителни клетки на лигавичните повърхности и фагоцитни клетки, които се намират в тъканите или се събират от кръвта, включително гранулоцити, моноцити и макрофаги. На молекулярно ниво вродените имунни клетки откриват микроби чрез рецептори за разпознаване на образци - PRR -, които разпознават молекулярните подписи - известни също като патогенно-свързани молекулярни модели - на микробни клетки, включително протеини, липиди и нуклеинови киселини.

PRR също така разпознават молекулите с подпис на гостоприемника, показателни за клетъчно заболяване и увреждане. Разпознаването на патогени чрез тези рецептори води до активиране на клетъчните защитни механизми и производството на секретирани противовъзпалителни цитокини, които предупреждават други клетки гостоприемници за наличието на инфекция и насърчават по-голямо набиране на кръвни клетки от мястото на инфекцията. инфекция и предизвикват системни реакции на заболяване, като треска.

Разпознаването на патогени чрез PRR също стимулира микробицидните механизми на вродения имунитет, като производството на реактивни кислородни видове и антимикробни пептиди, отчасти чрез активиране на фагоцитни клетки.

Защитните механизми на придобития имунитет се основават на разпознаването на „чужди“ молекулни форми, наречени антигени. Адаптивният имунитет се активира по-бавно - от 3 дни до 2 седмици - чрез комбинация от сигнали от вродената имунна система и от антигени и се медиира до голяма степен от В-клетките и Т-клетките.

Тези клетки носят рецептори, които разпознават чужди молекулни модели, но нямат присъщи пристрастия за разпознаване на патогени. Следователно адаптивният имунитет зависи от вродената имунна система за първоначално разпознаване на патогени. Вродените сигнали за имунен отговор стимулират селективно разширяване и активиране на популациите от В-клетките и Т-клетките със специфичност за продължаващото заразяване.

Основните ефекторни механизми на адаптивния имунитет включват производството на антитела от В клетките, смъртта на заразените клетки гостоприемници от цитотоксичните Т клетки и различни действия, медиирани от Т помощни клетки.

От решаващо значение е, че активирането на адаптивния имунитет води до производството на памет В клетки и Т клетки, които могат да осигурят специфична защита през целия живот срещу последващи инфекции с патоген, който носи същите антигени.

МОДУЛИРАНЕ НА ИМУНИТЕТА НА ДОМАШНИКАТА КАТО АЛТЕРНАТИВА НА АНТИБИОТИКА

Въпреки усилията за спиране на нарастването и разпространението на антимикробната резистентност, бактериите остават по-малко податливи на антимикробни лекарства с течение на времето и скоростта на откриване на нови антибиотици се забавя. Ето защо е от съществено значение да се изследват нови парадигми за антиинфекциозна терапия в животинското производство. Ефективният имунен отговор на гостоприемника към патогени в ранните етапи на инфекцията е критичен фактор, определящ резистентността и податливостта към болести.

Един обещаващ подход включва насочени към домакина имуномодулиращи терапии, при които природните механизми се използват в гостоприемника за повишаване на терапевтичната полза. Целта е да се инициира или засили защитният антимикробен имунитет, като същевременно се ограничи индуцираното от възпаление нараняване на тъканите.

Очевидно е, че стимулирането на вродения имунен отговор има най-голям потенциал за защита срещу хранителни патогени, независимо дали те са вирусни, бактериални или протозойни по природа.

Предимствата на модулирането на вродения отговор са:

        1. Скоростта на индукция
        2. Неспецифичността на отговора, която позволява кръстосана защита срещу несвързани патогени
        3. Различни нива на терапевтичен потенциал: профилактични и адювантни ефекти, системна и локална защита и множество клетъчни имунни цели.

Имунната модулация може да се определи като манипулация на имунната система за контрол на инфекции и други неблагоприятни ефекти върху здравето с прецизна регулация, за да се избегнат усложнения, докато се полагат супресивни или потенциращи усилия в полза на здравето на животните и хората. Имунната модулация е подход към новите антиинфекциозни терапии, при които естествените механизми в гостоприемника могат да бъдат използвани за подобряване на терапевтичната полза

Стимулирането на вродения имунитет има значителен потенциал да предизвика бърза и дълбока кръстосана защита срещу несвързани патогени.

Направени са обширни изследвания за разработването и оценката на настоящите алтернативи на стимулиращи растежа антибиотици, които са поне частично имуномодулиращи по своята функция при птиците, като пребиотици/пробиотици/микроби с пряка храна, фитохимикали, антимикробни пептиди - пептиди за защита на гостоприемника -, от съществено значение масла, бутират и органични киселини, ензими и антитела от яйчен жълтък.

ИМУННА ХРАНИТЕЛНА МОДУЛАЦИЯ

Взаимодействието между храненето на птиците и имунния отговор е подробно прегледано. Проучванията относно ограничаването на фуражите предоставят повече информация за ефекта на храненето върху имунната компетентност.

Областта на хранителната имунология се превърна в специалност в рамките на птичия имунология през последното десетилетие, с много доказателства за въздействието на хранителните компоненти върху червата на птиците и системния имунитет.

От друга страна, са създадени концепции за последиците от храненето и хранителната намеса за предотвратяване на заболявания и дори корекции на патофизиологичните състояния, но въпреки броя на проучванията, които показват способността на хранителните вещества да влияят на имунния отговор на птиците, сравнително малко проучванията са успешни, като се използва хранителна модулация на имунитета, за да се предизвика защита срещу инфекциозни заболявания. Само скорошни проучвания твърдят, че част от проблема е, че повечето изследвания са използвали само едно измерване като маркер на имунната ефикасност.

От друга страна, въпреки последните постижения в тази област, взаимодействието между хранителните процеси и имунната система е напълно разбрано.

По-специално, специфичните клетъчни и молекулярни имунни отговори, свързани с фуражните компоненти и ролята на чревната бариера и микробиотата във взаимодействието между имунната система и храненето, все още не са напълно изяснени.

ДРУГИ АСПЕКТИ, КОИТО ДА РАЗГЛЕЖДАТЕ, КАТО ОТЧИТАТ ЕФЕКТИТЕ НА ХРАНИТЕЛНИТЕ ВЪРХУ ИМУНИТЕТА

По-долу ще посочим някои от аспектите, които са пренебрегнати при изучаване на ефектите от храненето и хранителните вещества върху имунната функция - тази на чревния микробиом - или неволните ефекти от прекомерното хранене с различни хранителни вещества - възпаление, предизвикано от храна и мета-възпаление -.

Имунометаболизъм

Интерфейсът на имунната система и метаболизма е нововъзникваща област на изследване, доскоро имунитетът и метаболизмът се третират като отделни процеси, извършвани от организма. Имунитетът се фокусира върху разпознаването и резистентността към патоген и включва собствен набор от клетки и тъканни дейности.

Метаболизмът засяга само химичните процеси, които осигуряват енергия за изпълнение на различните функции на тялото; включително имунни функции, а просто като енергиен източник за имунната система.

В животинското производство се разглежда имунометаболизмът, макар и не като такъв. Производителите на домашни птици ясно дават да се съсредоточат само върху максимален растеж, въпреки че това може да навреди на имунния потенциал, когато вродената реакция има отрицателни последици за растежа.

Интеграцията на метаболизма и имунитета осигурява изследователска насока за крайната цел за максимален растеж и производство, без да се влияе отрицателно върху здравето на животните.

Нашите собствени изследвания демонстрират почти безбройните връзки между клетъчните сигнални протеини, които класически се характеризират като членове на имунни или метаболитни функционални групи.

Поради тези връзки ние вярваме, че интегриран имунометаболитен подход си струва да се обмисли за всеки, който разследва животинското производство от гледна точка на хранене/метаболизъм или имунитет/болест.

Баланс на растеж/имунитет.

Важен път на изследване, съчетаващ имунитета и метаболизма в животинското производство, е как сглобяването на имунен отговор влияе върху енергийните нива и трансфера на енергия от растежа към имунитета. Изследванията на енергийните последици от имунитета са сравнително напреднали в науката за животните. От много десетилетия се разбира, че животно, което инициира вродена имунна/възпалителна реакция, вероятно ще расте по-бавно и ще има по-лошо преобразуване на фуражите. Счита се, че един от начините на действие на антибиотиците, стимулиращи растежа на животните, е общо намаляване на възпалението.

Всъщност се твърди, че противовъзпалителните ефекти на антибиотиците, стимулиращи растежа, са дори по-важни от намаляването/елиминирането на болестотворните патогени.

Възпаление, имунитет и метаболизъм

В областта на науката за животните възпалението, предизвикано от храненето, е проблем. Някои хранителни съставки могат да доведат до чревна възпалителна реакция, като някои несмилаеми компоненти от пшеница и ръж и соя и рибни ястия. Дори твърде много храна може да доведе до промени в имунния отговор.

Настоящата стратегия за хранене на животните е да се добавят екзогенни ензими към диетата, за да се разградят някои несмилаеми и/или възпалителни хранителни компоненти в червата, за да се намали имунният отговор и да се пренасочи тази енергия към растежа.

Настоящата тенденция на хранене включва търсене на добавки за подобряване на устойчивостта на животните към болести, или чрез въздействие върху имунния отговор на гостоприемника, или върху чревната микробиота. Трябва да се внимава, когато се оценяват тези добавки със здрава научна методология, за да се определи тяхната ефикасност и да се разбере механизмът им на действие.

С интегриран подход можем да разширим потенциалните си цели за намеса в болестта и разбирането си за това как метаболитните процеси могат да повлияят на здравето.

В птицевъдството ефектите от храненето върху имунитета и вътреклетъчните взаимодействия на имунометаболизма са добре проучени. Неотдавнашното разширяване на областта на имунометаболизма включва характеризиране на преките вътреклетъчни връзки между метаболизма и имунитета.Изследванията са фокусирани върху сигналните молекули, които интегрират както сигнали за метаболитна енергия, така и сигнали за имунен отговор. Пътят на протеиновия синтез се регулира от mTOR и също така участва в съдбата на Т-клетките, определяйки дали клетката става ефекторна или регулаторна.

AMPK е енергиен сензор, който следи съотношението AMP: ATP, променяйки анаболен и катаболен процес, въпреки че участва и в вродения имунен отговор и има пряка връзка с mTOR. Доказателствата също така сочат към индуцирано епигенетично метаболитно препрограмиране на имунните пътища чрез сиртуини.

Миналата перспектива за разделяне на имунитета и метаболизма означаваше фокус върху насочване на имунните пътища при инфекциозни заболявания и пътища на метаболизъм за растеж и метаболитни нарушения.