modul

CUM INUTIȚIA NUTRIȚIA ȘI METABOLISMUL SĂNĂTĂȚEA ȘI IMUNITATEA PĂSĂRILOR

MICHAEL H. KOGUT

XX Congresul Veterinar Mondial. Edinburgh, 8.04.2017

ABSTRACT

Nutriția și sistemul imunitar sunt extrem de interconectate, afectând metabolismul și nutriția asupra sistemului imunitar, în timp ce răspunsurile sistemului imunitar, la rândul lor, influențează metabolismul.

Percepția că apărarea gazdei și starea nutrițională sunt legate între ele trebuie acum extinse pentru a include o a treia componentă: microbiota intestinală.

Această relație biologică nu mai poate fi considerată exclusiv dependentă de gazdă,

dar și a unei a doua componente genomice din cadrul gazdei, microbiomul.

Programele de microbiomi includ imunitatea și conduc un metabolom care afectează micronutrienții și echilibrul energetic. În cele din urmă, întreruperea compoziției microbiotei poate declanșa inflamații intestinale și poate provoca răspunsuri imune inadecvate.

La rândul său, imunitatea gazdei modelează microbiomul și starea sa nutrițională influențează elementele apărării sale și formarea comunității microbiene comensale. Modificările metabolice imediate și susținute modulează răspunsurile defensive ale gazdei în timpul infecției prin reglementări metabolice guvernate de mașinile de detectare a nutrienților.

Aceste mecanisme de reglare care afectează celulele imune sunt cunoscute sub numele de reglementări imunometabolice. Caracterizarea acestor mecanisme relevă modul în care acești regulatori ajustează imunitatea gazdei.

În plus, metaboliții generați de microbiota intestinală și țesuturile instruiesc răspunsurile imune ale acestora și contribuie la funcționalitatea sistemului imunitar. Prin urmare, interacțiunea dintre celulele imune și homeostazia metabolică duce la răspunsuri imune eficiente și dăunătoare.

Profitarea de reglementările privind imunometabolismul este o strategie promițătoare pentru creșterea imunității antimicrobiene ca alternativă la antibiotice. Această delicată reglare imunometabolică oferă o nouă pârghie imunologilor pentru a dezlănțui și stăpâni imunitatea.

INTRODUCERE

În industria broilerului și a curcanului, antibioticele au fost utilizate pe scară largă, ca aditivi furajeri, pentru a îmbunătăți creșterea și randamentul.

Cu toate acestea, răspândirea agenților patogeni rezistenți la acestea în medici medicale și veterinare a dus la interzicerea lor în hrana animalelor în UE și la o reducere drastică a utilizării acestora în Statele Unite, producătorii de păsări de curte crescând din ce în ce mai mult sub presiune pentru a reduce utilizarea antibioticelor pentru a controla bolile și pentru a îmbunătăți producția, dezvoltarea de alternative eficiente din punct de vedere al costurilor la antibiotice pentru a reduce acești agenți patogeni din produsele din păsări ar fi de mare valoare pentru industria alimentară și consumator.

PREZENTARE GENERALĂ A SISTEMULUI IMUNITAR

Imunitatea înnăscută este prima linie de apărare împotriva organismelor patogene și interfața interacțiunilor dintre gazdă și microbiotă. La nivel celular, răspunsul imun înnăscut este mediat de celulele epiteliale de pe suprafețele mucoasei și celulele fagocitare care locuiesc în țesuturi sau sunt colectate din sânge, inclusiv granulocite, monocite și macrofage. La nivel molecular, celulele imune înnăscute detectează microbii prin receptorii de recunoaștere a modelelor - PRR -, care recunosc semnăturile moleculare - cunoscute și ca modele moleculare asociate cu agenții patogeni - ale celulelor microbiene, inclusiv proteine, lipide și acizi nucleici.

PRR recunosc, de asemenea, moleculele semnăturii gazdei care indică boala celulară și leziuni. Recunoașterea agenților patogeni prin intermediul acestor receptori are ca rezultat activarea mecanismelor de apărare celulară și producerea de citokine proinflamatorii secretate, care alertează alte celule gazdă de prezența infecției și promovează o mai mare recrutare a celulelor sanguine de la locul infecției și induc sistemice. răspunsuri la boli, cum ar fi febra.

Recunoașterea agenților patogeni prin PRR stimulează, de asemenea, mecanismele microbicide ale imunității înnăscute, cum ar fi producerea de specii reactive de oxigen și peptide antimicrobiene, parțial prin activarea celulelor fagocitice.

Mecanismele de apărare ale imunității dobândite se bazează pe recunoașterea formelor moleculare „străine”, numite antigene. Imunitatea adaptivă este activată mai lent - de la 3 zile la 2 săptămâni - printr-o combinație de semnale din sistemul imunitar înnăscut și de antigeni și este mediată în mare parte de celulele B și celulele T.

Aceste celule poartă receptori care recunosc modele moleculare străine, dar nu au nici o prejudecată intrinsecă pentru recunoașterea agenților patogeni. Prin urmare, imunitatea adaptivă depinde de sistemul imunitar înnăscut pentru recunoașterea inițială a agenților patogeni. Semnalele de răspuns imun înnăscut determină extinderea și activarea selectivă a populațiilor de celule B și celule T cu specificitate pentru expunerea infecțioasă în curs.

Principalele mecanisme efectoare ale imunității adaptive includ producerea de anticorpi de către celulele B, moartea celulelor gazdă infectate de celulele T citotoxice și diferite acțiuni mediate de celulele T helper.

În mod crucial, activarea imunității adaptive duce la producerea de celule B de memorie și celule T care pot oferi protecție specifică pe tot parcursul vieții împotriva infecțiilor ulterioare cu un agent patogen care poartă aceiași antigeni.

MODULAREA IMUNITĂȚII GAZDEI CA ALTERNATIVĂ A ANTIBIOTICELOR

În ciuda eforturilor de a opri creșterea și răspândirea rezistenței antimicrobiene, bacteriile rămân mai puțin susceptibile la medicamente antimicrobiene în timp și rata de descoperire a unor noi antibiotice este încetinită. Prin urmare, este esențial să se exploreze noi paradigme pentru terapia antiinfecțioasă în producția animală. Un răspuns imun al gazdei eficient la agenții patogeni în stadiile incipiente ale infecției este un factor determinant critic al rezistenței și al susceptibilității la boli.

O abordare promițătoare implică terapii imunomodulatoare orientate de gazdă, prin care mecanismele naturale sunt exploatate în gazdă pentru a spori beneficiul terapeutic. Scopul este de a iniția sau a spori imunitatea de protecție antimicrobiană, limitând în același timp leziunile tisulare induse de inflamație.

Ceea ce este evident este că stimularea răspunsului imun înnăscut are cel mai mare potențial de protecție împotriva agenților patogeni de origine alimentară, indiferent dacă acestea sunt de natură virală, bacteriană sau protozoară.

Avantajele modulării răspunsului înnăscut sunt:

        1. Viteza de inducție
        2. Nespecificitatea răspunsului, care permite protecția încrucișată împotriva agenților patogeni fără legătură
        3. Diferite niveluri de potențial terapeutic: efecte profilactice și adjuvante, protecție sistemică și locală și multiple ținte imune celulare.

Modularea imunitară poate fi definită ca manipularea sistemului imunitar pentru a controla infecțiile și alte efecte adverse asupra sănătății, cu o reglare precisă pentru a evita complicațiile, în timp ce suprimarea sau intensificarea eforturilor sunt făcute în beneficiul sănătății animale și umane. Modulația imună este o abordare a noilor terapii antiinfecțioase, prin care mecanismele naturale din gazdă pot fi exploatate pentru a spori beneficiul terapeutic

Stimularea imunității înnăscute are un potențial considerabil de a induce o protecție încrucișată rapidă și profundă împotriva agenților patogeni fără legătură.

Au existat cercetări ample privind dezvoltarea și evaluarea alternativelor actuale la antibiotice care promovează creșterea, care sunt cel puțin parțial imunomodulatoare în funcția lor la păsări, cum ar fi prebiotice directe/probiotice/microbiene, fitochimice, peptide antimicrobiene - peptide de apărare a gazdei -, esențiale uleiuri, butirat și acizi organici, enzime și anticorpi din gălbenușul de ou.

MODULARE NUTRITIONALĂ IMUNĂ

Interacțiunea dintre nutriția păsărilor și răspunsul imun a fost revizuită cu atenție. Studiile privind restricționarea furajelor au furnizat mai multe informații despre efectul nutriției asupra competenței imune.

Domeniul imunologiei nutriționale a devenit o specialitate în imunologia aviară în ultimul deceniu, cu multe dovezi ale impactului componentelor nutriționale asupra intestinului aviar și a imunității sistemice.

Pe de altă parte, au fost stabilite concepte cu privire la implicațiile nutriției și intervenției nutriționale în prevenirea bolilor și chiar corectarea condițiilor fiziopatologice, dar în ciuda numărului de studii care demonstrează capacitatea nutrienților de a influența răspunsul imun aviar, relativ puține studiile au avut succes folosind modularea nutrițională a imunității pentru a induce protecție împotriva bolilor infecțioase. Numai studii recente au susținut că o parte a problemei este că majoritatea cercetărilor au folosit doar o singură măsurare ca un marker al eficacității imune.

Pe de altă parte, în ciuda progreselor recente în domeniu, interacțiunea dintre procesele nutriționale și sistemul imunitar este pe deplin înțeleasă.

În special, răspunsurile imune specifice celulare și moleculare legate de componentele furajelor și rolul barierei intestinale și microbiotei în interacțiunea dintre sistemul imunitar și nutriție nu au fost încă complet elucidate.

ALTE ASPECTE CARE TREBUIE LUTĂ ÎN CONSIDERARE LA EFECTUAREA NUTRIENȚILOR PRIVIND IMUNITATEA

Mai jos vom arăta câteva dintre aspectele care au fost neglijate la studierea efectelor nutriției și nutrienților asupra funcției imune - cea a microbiomului intestinal - sau efectele neintenționate ale hrănirii excesive a diferiților nutrienți - inflamație indusă de alimente și metainflamare -.

Imunometabolism

Interfața sistemului imunitar și a metabolismului este un domeniu de studiu emergent, până de curând imunitatea și metabolismul au fost tratate ca procese distincte efectuate de un organism. Imunitatea s-a concentrat pe recunoașterea și rezistența la un agent patogen și implică propriul set de celule și activități tisulare.

Metabolismul a afectat doar procesele chimice care furnizau energie pentru îndeplinirea diferitelor funcții ale corpului; inclusiv funcții imune, dar pur și simplu ca sursă de energie pentru sistemul imunitar.

În producția animală, imunometabolismul a fost luat în considerare, deși nu ca atare. Producătorii de păsări de curte au indicat clar concentrarea doar pe creșterea maximă, deși acest lucru ar putea fi în detrimentul potențialului imunitar atunci când un răspuns înnăscut are consecințe negative asupra creșterii.

Integrarea metabolismului și a imunității oferă o cale de cercetare pentru scopul final de a maximiza creșterea și producția fără a afecta negativ sănătatea animalelor.

Propria noastră cercetare a demonstrat legăturile aproape nenumărate dintre proteinele de semnalizare celulară care sunt caracterizate clasic ca membri ai grupurilor funcționale imune sau metabolice.

Datorită acestor legături, credem că o abordare imunometabolică integrată merită luată în considerare pentru oricine cercetează producția animală din perspectiva nutriției/metabolismului sau imunității/bolii.

Echilibrul creștere/imunitate.

O cale importantă de cercetare care combină imunitatea și metabolismul în producția animală a fost modul în care asamblarea unui răspuns imun afectează nivelurile de energie și transferul de energie de la creștere la imunitate. Cercetările privind consecințele energetice ale imunității sunt relativ avansate în știința animalelor. Timp de multe decenii s-a înțeles că un animal care inițiază un răspuns imun/inflamator înnăscut este probabil să crească mai lent și să aibă o conversie mai slabă a hranei. Se crede că un mod de acțiune al creșterii animalelor care promovează antibiotice este o reducere generală a inflamației.

De fapt, s-a argumentat că efectele antiinflamatorii ale antibioticelor care favorizează creșterea sunt chiar mai importante decât reducerea/eliminarea agenților patogeni care cauzează boli.

Inflamație, imunitate și metabolism

În domeniul științei animalelor, inflamația indusă de hrănire a fost o preocupare. Anumite ingrediente alimentare pot duce la un răspuns inflamator intestinal, cum ar fi unele componente nedigestibile ale grâului și secarei și făinelor de soia și pește. Chiar și prea multă mâncare poate duce la modificări ale răspunsului imun.

O strategie actuală de hrănire a animalelor este de a adăuga enzime exogene în dietă pentru a descompune anumite componente de hrană nedigerabile și/sau inflamatorii din intestin pentru a reduce răspunsul imun și redirecționa această energie către creștere.

O tendință actuală de hrănire implică căutarea aditivilor pentru îmbunătățirea rezistenței animalelor la boli, fie prin influențarea răspunsului imun al gazdei, fie a microbiotei intestinale. Ar trebui să se acorde precauție atunci când se evaluează acești aditivi cu o metodologie științifică solidă pentru a determina eficacitatea acestora și a înțelege mecanismul lor de acțiune.

Cu o abordare integrată, ne putem lărgi obiectivele potențiale pentru intervenția bolii și înțelegerea noastră asupra modului în care procesele metabolice pot influența sănătatea.

În creșterea păsărilor de curte, efectele nutriției asupra imunității și interacțiunile intracelulare ale imunometabolismului au fost investigate cu atenție. Extinderea recentă a câmpului imunometabolismului presupune caracterizarea legăturilor directe ale căii intracelulare dintre metabolism și imunitate.Cercetările se concentrează pe moleculele de semnalizare care integrează atât detectarea energiei metabolice, cât și semnalele de răspuns imun. Calea de sinteză a proteinelor este reglată de mTOR și este, de asemenea, implicată în soarta celulelor T, determinând dacă celula devine efectoră sau reglatoare.

AMPK este un senzor de energie care monitorizează raportul AMP: ATP, modificând un proces anabolic și catabolic, deși este implicat și în răspunsul imun înnăscut și are o legătură directă cu mTOR. Dovezile indică, de asemenea, reprogramarea metabolică epigenetică indusă a căilor imune prin sirtuine.

Perspectiva trecută de separare a imunității și a metabolismului a însemnat un accent pe direcționarea căilor imune în bolile infecțioase și căile de metabolism pentru creșterea și tulburările metabolice.