Красимира Захариева: Tрансплантацията на фекален микробиом от диви свине на домашни прасета като алтернатива за подобряване на чревния микробиом и повлияване на инфекциозни заболявания като ASF и PCV
Научна информация
Смъртността на прасенцата е основен проблем за промишленото свиневъдство в световен мащаб и доскоро основният метод за подобряване на ефективността на растежа и намаляване на заболяванията в търговската практика е съсредоточен върху употребата на антимикробни средства. Резистентността към антибиотици е глобален проблем и като такъв животновъдните производства търсят алтернативи на антибиотиците за справяне с инфекциите.
Различните подходи, които се разглеждат, включват и поддържане на хомеостазата на чревният микробиом. Стомашно-чревната микробиота участва в безброй процеси, които оказват влияние върху здравето и благосъстоянието на животните. Напоследък интересът към поддържането на здрав микробиом с цел подобряване на здравето на стадата се увеличава както и към методи като трансплантацията на фекален микробиом като a метод за манипулиране и подобряване на стомашно-чревната микрофлора при прасета с цел подобряване на здравето и производителността.
Понастоящем 11–15% от всички живородени прасенца умират преди отбиването в този отрасъл по цял свят. Това представлява сериозен проблем за благосъстоянието и голяма икономическа загуба за промишлеността. Към днешна дата има много изследвания и научни проучвания с цел намаляване на тези загуби, но с различен успех. Настоящите методи за намаляване на смъртността при прасетата, причинени от бактериални заболявания или вирусни инфекциии се свежда до прилагане на антибиотици, като тяхната употреба често е терапевтична и профилактична. Организации като Световната здравна организация, Американският център за контрол и превенция на заболяванията и Европейският център за превенция и контрол на заболяванията определиха антибиотичната резистентност като глобална грижа, тъй като някога често лечимите инфекции сега стават животозастрашаващи. Като такива трябва да бъдат проучени алтернативи на антибиотиците. В чревния тракт се помещават богати съобщества от микроорганизми, които съставляват така наречения чревен микробиом. Тези микроорганизми включват бактерии, гъби, археи, протозои и вируси. Чревният микробиом участва в безброй процеси, някои от които включват поддържане и развитие на имунната система, чревна бариерна функция, метаболизъм на хранителни вещества и предпазване от различни патогени. Докато антибиотиците са ефективни при отстраняването на патогени, те също влияят върху коменсалния микробиом. Ако се поддържа здрав микробиом, необходимостта от терапевтични интервенции като приложение на антибиотици ще бъде намалена и имунната му система ще е подготвена за инвазивността на патогенните причинители и външните стресови фактори. В тази връзка се разширява интересът към методите за въздействие върху микробиома чрез методи като трансплантация на фекален микробиом или прием на пре- и пробиотици. FMT метода е показал ефикасност при лечението на инфекции с Clostridium difficile при хора. FMT включва трансфер на фекална маса от здрав донор в стомашно-чревния тракт на реципиент. Това може да се направи или орално или ректално чрез клизма. Целта е полезните бактерии в донорските изпражнения конкурентно да изключат патогенните причинители в болен реципиент, като по този начин променят микробиома, а в някои случаи, например инфекции с C. difficile, лекуват болестта. Този метод може да се използва и за промяна на микробиома на реципиента, за да наподобява тази на донора с цел да се създаде фенотипна промяна.
За първи път FMT е описан от Ge Hong през 4-ти век в Китай за лечение на хранителни отравяния и тежка диария. Днес FMT е широко известен със своята ефикасност за лечение на инфекции с C. difficile при хора. FMT е показал успеваемост > 90% при пациенти с повтаряща се C. difficile, когато употребата на антибиотици е била неуспешна поради образуването на спори. Използването на FMT в други области на човешкото здраве и превенцията на болести става все по-популярно; обаче ефикасността му при лечението на други заболявания при хората към днешна дата не е толкова висока. Въпреки че случаят е такъв, разследването за употребата му при животни (свине) се увеличава.
Последните проучвания, изследващи употребата му в свиневъдството, показаха обещаващи резултати. Няколко изследователски групи демонстрираха, че прилагането на множество орални FMT на прасенца от раждането може да увеличи средния дневен прираст, да намали честотата на диария и да подобри чревната бариера и имунната система.
Важно условие обаче при тази техника е, че трябва да се обърне особено внимание при избора на подходящия донор, тъй като рискът от предаване на нежелани черти е висок.
Друг положителен ефект от FMT е публикуван от Niederwerder et al., който екип установява, че FMT е ефективен превантивен метод срещу свински цирковирусни инфекции, коинфектирани със свински цирковирус тип-2 и вируса, причиняващ свински репродуктивен и респираторен синдром. Прасетата, които са получавали една доза FMT дневно в продължение на седем дни след отбиването от здрави свине-донори, имат значително намаляване на заболеваемостта и смъртността и повишени нива на антитела.
Brunse et al. докладват в своето проучване, че ректалната FMT от 10-дневни прасета донори на недоносени прасенца, родени чрез цезарово сечение, променя метаболизма на въглехидратите от лактат към производство на пропионат, повишавайки рН на дебелото черво. Ректалната FMT също осигурява депа от муцинови клетки и намалява честотата на некротизиращ ентероколит.
Geng et al. демонстрират, че FMT намалява чувствителността към епителни увреждания и модулира метаболизма на триптофан при прасета с възпалително заболяване на червата. FMT при свинете не само променя богатството на микробиома на реципиента, но също има ефект върху метаболизма на реципиента, чревната бариерна функция и имунната система.
Въпреки че FMT е обещаваща перспектива, той не е търговски приложим в сегашната си форма, поради риск за нарушение в биосигурността, затова са необходими стриктни тестове, за да се предотврати и пренасянето на болести или контаминацията с патогени.
Свинете са възприемчиви към доста инфекциозни заболявания, причинявани от различни патологични причинители като например вирусът на африканска чума по свинете. Вирусът на африканската чума по свинете (ASFV) е причинител на опустошителната хеморагична болест (ASF), която засяга както домашните свине, така и дивите. ASFV циркулира субклинично при диви свине, включително брадавичести свине, които са естествен резервоар за ASFV. Заедно с генетичните различия, други фактори могат да участват в различната чувствителност към ASF, наблюдавана сред видовете от семейство Suidae като Sus scrofa и Phacochoerus africanus. Предварителните доказателства, получени от доста изпитвания, достъпни в научната литература потвърждават ефекта, който факторите на околната среда могат да окажат върху инфекцията с ASFV. Поради това домашните свине, отглеждани в специални боксове и халета, със спазени всички изисквания за биосигурност и биобезопасност, свободни от патогени (SPF), са изключително чувствителни към силно атенюираните щамове ASFV, които са неинвазивни за генетично идентични домашни свине, отглеждани в конвенционални стопанства.
Тъй като полезният микробиом играе важна роля в поддържането на чревната хомеостаза, регулирането на имунната система и функционалността на вродените/адаптивните имунни реакции, трансплантацията на фекален микробиом (FMT) при домашни свине, като методология, би могла да повлияе чувствителността и възприемчивостта и към ASFV.
Обстойно проучване на тема: „Fecal microbiota transplantation from warthog to pig confirms the influence of the gut microbiota on African swine fever susceptibility“ с авторки колектив: Jinya Zhang, Fernando Rodríguez, Maria Jesus Navas, Mar Costa‑Hurtado, Vanessa Almagro, Laia Bosch‑Camós, Elisabeth López, Raul Cuadrado, Francesc Accensi, Sonia Pina‑Pedrero, Jorge Martínez & Florencia Correa‑Fiz, ясно показва, че FMT с трансплант от брадавичести свине не е вредно за домашните отбити прасенца, като променя техните микробиоми и че FMT от диви свине на домашни прасета осигурява частична защита срещу атенюирани щамове ASFV. Необходима е обаче бъдеща работа за изясняване на точните защитни механизми, осигурявани от FMT.
Африканската чума по свинете (ASF) е опустошително заболяване при домашните и дивите свине, причинено от вируса на африканската чума по свинете (ASFV). ASF е болест, подлежаща на уведомление пред Световната организация за здравето на животните (OIE) и днес се счита за най-сериозното ограничение и проблем за промишленото свиневъдство. Настоящото разпространение на африканската чума по свинете се разпростира в повече от 50 държави от Африка, Азия, Европа и Океания.
ASFV е голям обвит вирус с размери приблизително 260 до 300 nm в диаметър, с размер на генома между 170 и 193 kbp, кодиращ най-малко 150 различни протеини и е единственият известен ДНК арбовирус. ASF е описан за първи път през 1921 г. като ново заболяване, засягащо домашните свине в Кения.
Преди да бъдат отглеждани домашни свине в Африка, ASFV циркулира посредством силватичен цикъл между меките кърлежи от род Ornithodoros и африканските брадавичести свине (Phacochoerus africanus). Брадавичестите свине и речната свиня (храстово прасе Potamochoerus porcus) се явяват като естествени резервоари ASFV в дивата природа. В зависимост от вирусния изолат домашните свине, заразени с ASFV, могат да развият заболяване, което варира от хронично или субклинично до субакутно и хипер-акутно, което води до до 100 % смъртност при прасета. Механизмите за устойчивост към ASF, показани при брадавичестите свине и речната свиня (храстово прасе), все още не са изяснени напълно, макар да са взети предвид както генетичните така и факторите на околната среда. В научната литература се срещат предварителни експериментални доказателства, описани при местни породи свине в Африка, за по-малко податливи на инфекция с някои генотипове ASFV породи свине. Във връзка с това следва да се отбележи, че прасетата без наличие на специфичен патоген (SPF) са били по-податливи на инфекция с атенюирани щамове на ASFV, отколкото генетично идентичните свине, отглеждани в конвенционални стопанства, което дава възможност да се предположи, че заедно с генетиката, микробиома на брадавичестите свине може да допринесе за устойчивостта към ASF.
Чревният микробиом повлиява хомеостазата на организма чрез неговото влияние върху вродената имунна система. Наскоро бе разкрит състава на чревната микробиота на посочените по-горе животински видове, т.е. брадавичести свине, както и SPF- и домашни свине, които показват съществени различия в състава на микробиома.
Фекалната микробиомна трансплантация (FMT) по своята същност представлява трансплантация/пренос на донорен микробиом в реципиент, за да се подобри или възстанови чревната хомеостаза, или да се „насели“ стомашно-чревния тракт с потенциално полезни бактерии. Интересът към новия метод FMT за превенция и лечение на чревни разстройства се увеличава все повече и повече в хуманната медицина, например, за контрол на Clostridium difficile инфекции или възпалително заболяване на червата. Все повече клинични приложения на FMT са предоставили убедителни доказателства, че модификацията на чревната микробиома е ефективна терапия за заболявания, свързани с чревната дисбиоза. При свинете публикуваните проучвания с FMT са оскъдни, но те дават доказателства за способността на FMT да препрограмира чревната микробиота при свинете, променяйки имунния фенотип на гостоприемника.
