Phytobiotics: Доброе утро Mike, спасибо, что стали нашим гостем сегодня.
Ваше исследование было связано с влиянием корма на иммунную систему и микробиоту сельскохозяйственных животных. Как результаты этого исследования повлияли на ваши знания об этой важной системе?
Mike Kogut: Я нахожу удивительным, что микробиота кишечника так вовлечена в функции иммунной системы, локально и системно, но совместно микробиота и иммунная система регулируют так много физиологии всего организма животного, включая мозг, легкие, печень и мышцы. Наша работа сейчас, по сути, заключается в том, чтобы понять, какое участие принимает микробиота и какие продукты микробиоты можно использовать для модуляции иммунитета. Моя лаборатория всегда занималась выяснением того, почему все работает именно так, как оно работает. Понимание того, как микробиота, их продукты и иммунная система работают вместе, регулируя физиологию хозяина, всегда было для меня более интригующим, чем описание того, что было обнаружено, если животному давали питательное вещество или добавку.
PB: За питание иммунной системы приходится платить. Можете ли вы объяснить, какие механизмы делают эту систему дорогостоящей для животного?
MK: Иммунная система требует энергии для функционирования в оптимальном режиме. Издержки активации врожденного иммунитета биоэнергетически дороги: отвлечение химической энергии от поддержания физиологических функций. Кроме того, промышленные животные сталкиваются не только с частыми проблемами иммунной системы, связанными с микробными инфекциями, но и с хроническим воспалением кишечника, вызванным сменой корма и другими стрессами окружающей среды. Хотя количество и баланс питательных веществ, необходимых для устойчивого иммунного ответа, неизвестны, иммунная система явно требует непрерывного поступления питательных веществ, а требования возрастают во время ответа. Эти потребности в снабжении, вероятно, приведут к компромиссу с конкурирующими процессами, такими как рост и воспроизводство.
PB: Можно ли оценить эту стоимость, например, разницу в затратах на субклинический энтерит против его тяжелой формы?
MK: Я не знаю ни одного исследования, в котором была бы указана финансовая «стоимость» воспаления, субклинического или клинического. Хроническое воспаление слабой степени вызывает дисбаланс между доступностью и расходом клеточной энергии. Воспаление повышает потребность иммунных клеток в быстрой выработке клеточной энергии. С целью удовлетворения данной потребности, иммунные клетки для производства энергии переходят на аэробный гликолиз, менее эффективный, но быстрый путь. Повышенная реализация аэробного гликолиза приводит к снижению доступности питательных веществ и, следовательно, меньшей доступности энергии для производства яиц, мяса или молока. Для компенсации недостатка энергии организм ускоряет метаболизм липидов и белков, производя из них АТФ.
PB: Как микробиота участвует во взаимодействии с иммунной системой и хозяином?
MK: Иммунная система эволюционировала совместно с разнообразной кишечной флорой не только для создания защиты от патогенов, но и для развития толерантности к полезным микробам. Как следствие, иммунная система и микробиота кишечника развили мутуалистические отношения, регулируя друг друга и сотрудничая, чтобы поддерживать друг друга. Важность этого взаимодействия подчеркивается тем фактом, что 70 – 80% иммунных клеток организма находятся в кишечнике. Диалог между иммунной системой и микробиотой начинается при рождении или вылуплении. По мере роста животного микробиота формирует развитие иммунной системы, а иммунная система формирует состав микробиоты. В нормальных условиях иммунная система способствует росту полезных микробов и помогает поддерживать стабильное микробное сообщество, свою очередь здоровая микробиота производит метаболиты, которые поддерживают развитие иммунных клеток и способствуют тонкой настройке иммунного ответа.
PB: Каковы последствия несбалансированного гомеостаза между хозяином и его микробиомом?
MK: Дисбиоз возникает, когда есть нарушения в составе и / или функции микробиоты, которое приводит к дисбалансу между полезными и вредными бактериями, что в свою очередь провоцирует нежелательный иммунный ответ против комменсальных бактерий. Дисбиоз приводит к истощению микробиоты, изменяя ее состава и снижая разнообразие. Вследствие страдают основные функции, напрямую влияющие на метаболическую активность, что может лишить хозяина ценных конечных продуктов, что приводит к ухудшению здоровья кишечника и продуктивности животных. Кишечная иммунная система распознает эти изменения микробиоты и «атакует» ее как чужеродного захватчика, что приводит к активации клеток Th17 и выработке провоспалительных цитокинов и хемокинов, укорачиванию ворсинок, притоку воспалительных клеток в собственную пластинку слизистой оболочки, воспалению. Дисбиоз также нарушает резистентность к колонизации, позволяя таким патогенам, как Salmonella typhimurium или Clostridium perfringens, получить физиологическое «окно» для колонизации. Патогены изменяют игровое поле, вызывая воспаление и другие физиологические изменения (диарею), которые влияют на кишечную среду, способствуя их собственному росту.
Во время гомеостаза комменсалы способствуют индукции иммунной толерантности за счет активации регуляторных Т-клеток и макрофагов, которые непосредственно сталкиваются с микробные продуктами или метаболитами.
PB: Есть ли какие-либо питательные вещества, которые особенно необходимы во время воспалительного процесса?
MK: Воспалительные реакции требуют больших затрат энергии и перераспределения питательных веществ (глюкозы, аминокислот, липидов) для питания иммунной активности. Воспалительные процессы связаны с чрезмерным окислительным стрессом, сниженным потреблением корма и перераспределением энергии, направленной на клеточные защитные механизмы, а не на производство. Кроме того, воспалительные пути способствуют катаболизму мышц, обеспечивая организм аминокислотами и энергетическими субстратами для иммунных ответов. Эти сдвиги в метаболизме также объясняют пагубное влияние на продуктивность и характеристики туши, которые зачастую объясняются хроническим воспалением, приводящим к значительным экономическим потерям.
PB: Следует ли уделять больше внимания влиянию корма на иммунную систему и микробиоту в будущих рецептурах?
MK: Взаимодействие между питанием, микробиомом и хозяином определяет важные физиологические процессы, включая иммунитет, метаболические функции и восприимчивость к болезням. В отличие от животных, микробиом проявляет большую пластичность по отношению к факторам окружающей среды, то есть рациону и кормлению. Таким образом, вполне возможно, что рацион начнут адаптировать, достигая наименьших затрат на поддержания гомеостаза между хозяином и микробиомом.
PB: Говоря о перспективах на будущее: где вы порекомендуете научным кругам и животноводческой отрасли сосредоточить свои усилия на исследованиях и разработках, нацеленных на управления гомеостазом сельскохозяйственных животных?
MK: Нам нужно начать мыслить более нестандартно; т.е. сломать некоторые старые парадигмы. Во-первых, начать концентрироваться на функции или механизме действия: понимание функциональной активности кишечника или его отделов обязательно, прежде чем мы сможем выяснить, КАК нам достичь цели. Во-вторых, нам нужно лучше понять микробную экологию или то, как микробные популяции работают вместе, чтобы взаимодействовать с хозяином. Теперь у нас есть доступные инструменты, высокопроизводительное секвенирование, метатранскриптомика и метапротеомика, позволяющие нам начать распутывать эти взаимодействия и идентифицировать молекулы, которые используются для связи с иммунной системой и микробиотой в каждой части кишечника. Было бы глупо полагать, что то, что происходит в верхнем отделе кишечника, не влияет на то, что происходит в нижнем. Традиционные исследования типа «накормить и взвесить» имеют место быть, но они должны проводиться после понимания того, как добавка, химическое вещество или воздействие работают на механическом уровне.
Благодарю вас за интервью. Следите за новостями в нашем следующем выпуске, посвященном особенностям иммунной системы птиц.
Эксперт Майкл Когут, доктор наук, микробиолог, ведущий научный сотрудник, USDA-ARS, Техас, США
Майк Когут — научный микробиолог и ведущий научный сотрудник Отдела исследований безопасности пищевых продуктов и кормов в Центре сельскохозяйственных исследований Южных равнин в Колледж-Стейшн, штат Техас, США.
Исследования Майка посвящены здоровью кишечника птицы и взаимодействиям между животным, его кишечной микробиотой и рационом. Среди прочего, Майк специально исследовал роль микробиоты кишечника в иммунитете и инфекциях, влияние пищевых метаболитов на модуляцию иммунных реакций, основные метаболические пути, участвующие в гомеостазе хозяина и микробиоты, а также диетические меры по поддержке и поддержанию здоровья кишечника.
За свою академическую карьеру Майк опубликовал более 190 рецензируемых статей, 11 глав в книгах и получил 5 патентов.
Свяжитесь с нашими экспертами или отправьте нам сообщение. Мы свяжемся с вами как можно скорее.
