Запрет кормовых антибиотиков – что делать с некротическим энтеритом?
Зевакова В.К., руководитель технического отдела по птицеводству, к.б.н., ООО «Провими»
Минков В.А., ведущий эксперт по ветеринарии, ООО «Провими»
С момента открытия и начала широкого использования пенициллина в 40-х годах прошлого века и по сей день антибиотики играют важную роль в профилактике, контроле и лечении инфекционных заболеваний у человека и животных. Кроме того, доказано, что использование антибиотиков в сельском хозяйстве позволяет увеличить результаты откорма и эффективность использования кормов. Некоторые исследования показывают, что стимулирующий эффект отдельных антибиотиков может быть связан со снижением активности ферментов, вырабатываемых бактериями, которые оказывают негативное влияние на переваривание и всасывание жиров в организме хозяина (Lin, 2014). При этом чрезмерное или бесконтрольное использование антибиотиков привело к появлению термина «антимикробная резистентность», которую ВОЗ определяет как устойчивость микроорганизма к противомикробному препарату, который был изначально эффективен для лечения инфекций, вызванных им.
Если рассматривать антибиотикорезистентность в сельском хозяйстве, известно, что многие изоляты Campylobacter spp. резистентны к хинолонам, макролидам, хлорамфениколу, аминогликозидам, ампициллину, тилозину и некоторым другим антибиотикам (Koluman et al, 2013, Padungton et al, 2003). Примечательно, что частота резистентности к эритромицину у Campylobacter coli выше, чем у Campylobacter jejuni (0%-29% и 0%-20% соответственно). В отличие от макролидов, устойчивость к хинолонам появилась в течение последних 20 лет, что совпало с использованием фторхинолонов (главным образом энрофлоксацина) в ветеринарии (Engberg et al, 2006). Похожая картина с Salmonella spp. – одной из основных бактерий в мониторинге пищевой безопасности: количество антибиотико-резистентных изолятов растет с 1996 года, кроме того, эта бактерия проявляет замечательную способность перемещаться по всему миру. В настоящее время наиболее распространенными являются подвиды Salmonella spp, устойчивые к ампициллину, хлорамфениколу, стрептомицину, сульфаниламидам и тетрациклинам (McDermott, 2006).
На самом деле рост антимикробной резистентности был предсказуем изначально, поскольку бактерии — это очень адаптивные микроорганизмы, выживающие в изменяющихся условиях среды миллионы лет. В связи с растущей антимикробной устойчивостью, а также множественными способами ее передачи от животных к человеку, контроль за использованием антибиотиков ужесточается на государственном уровне – так многие страны уже отказались от использования антибиотиков полностью или частично (используя только кокцидиостатики).
В России также реализуется политика в отношении пищевой безопасности, и перспектива работы в условиях практически полного запрета на использование антибиотиков стала реальностью ближайшего будущего. Оглядываясь на опыт зарубежных коллег, можно заключить, что наших производителей, также как и производителей из Европы и США, будет в первую очередь волновать вопрос не только пищевой безопасности и возможной контаминации Campylobacter spp. и Salmonella spp, но и риск развития некротического энтерита (НЭ), для предотвращения которого по большей части используются кормовые антибиотики. Согласно мировым опросам различных специалистов птицеводческой отрасли во всем мире (WATT Global Media, апрель 2021г.), именно некротический энтерит является основной трудностью, возникающей при отказе от использования антибиотиков (согласно опросу в 55% случаев). Ущерб от НЭ в мировой птицеводческой индустрии оценивается в 6 миллиардов долларов ежегодно и включает в себя как затраты, связанные с мерами контроля и профилактики, так и производственные потери (Timbermont L, et al, 2011). Причиной некротического энтерита у птицы является грамм-позитивная спорообразующая бактерия Clostridium perfringens, которая подразделяется на несколько типов, согласно их способности к выработке токсинов (альфа, бета, NetB и др. токсины). Данная бактерия является постоянным обитателем желудочно-кишечного тракта птицы и способна к чрезвычайно быстрой скорости размножения внутри кишечника, выделяя сильно действующий токсин. Заболевание может протекать как в острой форме, характеризующейся внезапным увеличением падежа, так и в субклинической форме, с более мягкими симптомами и без выраженных пиков падежа. В целом НЭ приводит к потерям продуктивности из-за повреждений кишечника (действие токсинов), его повышенной проницаемости и, как следствие, снижение всасывания питательных веществ корма. Следует отметить, что именно субклинические формы некротического энтерита вызывают наибольшие опасения и потери, так как в этом случае болезнь плохо диагностируется, а предприятие оборот за оборотом терпит убытки из-за повышения конверсии корма и снижения скорости роста. Исследователи связывают развитие некротического энтерита с, как минимум, двумя предрасполагающими факторами: повреждением слизистой оболочки кишечника другими микроорганизмами (чаще всего кокцидиями) и использованием кормов с повышенным содержанием сырого протеина (Kaldhusdal & Skjerve, 1996; Williams, 2005; Dahiya et al., 2006). Так как C. Perfringens является частью микрофлоры ЖКТ птицы, изменение микробного профиля в сторону данного вида бактерий может провоцировать их активное размножение и далее развитие некротического энтерита. Это одна из причин активного изучения состава микробиоты кишечника птицы и влияния на неё различных препаратов и компонентов корма.
В связи с распространением запрета на кормовые антибиотики и формированием антимикробной резистентности, птицеводческая отрасль нуждается в альтернативных концепциях и продуктах для контроля некротического энтерита.
Многообещающим решением для профилактики некротического энтерита (НЭ) являются коротко-цепочечные (C ≤ 6), средне-цепочечные жирные кислоты (C≥7-12) и эфирные масла. Антибактериальная активность жирных кислот упоминалась исследователями еще в 50-х годах прошлого века, однако механизм их действия до сих полностью не изучен. Один из возможных механизмов у средне-цепочечных жирных кислот и их моноглицеридов - их способность проходить через бактериальную мембрану и распадаться внутри бактерий на анионную и катионные фракции. Анионная фракция кислот начинает взаимодействовать с нуклеиновыми кислотами бактерии, нарушая ее патогенез и устойчивость. Катионная фракция (H+) кислоты снижает внутренний рН бактерии, разрушая белки и угнетая ферментативную активность внутри клетки (Luis-Miguel Gomez-Osorio et al, 2021). Это приводит к большим потерям энергии для поддержания рН и угнетению или гибели бактерий (рис. 1).
Рис. 1 Предполагаемый механизм действия коротко- и средне-цепочечных жирных кислот и моноглицеридов.
Не менее важным фактором в борьбе с патогенами ученые считают способность кислот взаимодействовать с рН желудочно-кишечного тракта. У птицы прохождение кислот через желудок в неизмененном виде является максимально критичным, поэтому исследователи оценивают значение pKa кислоты - это значение рН, при котором 50% кислоты находится в недиссоциированной или несвязанной форме (водорастворимая молекула) и 50% в диссоциированной форме (жирорастворимая молекула). Этот баланс меняется в зависимости от рН среды. Значение pKa определяет способность кислоты приближаться к бактериям, а также определяет может ли кислота снижать рН и действовать как антимикробное вещество. Средне-цепочечные жирные кислоты имеют более высокое значение pKa, чем другие органические кислоты, поэтому они не разрушаются под влиянием агрессивной среды желудка и способны разрушать клеточную мембрану патогенов в кишечнике, где происходит основное всасывание питательных веществ.
Таблица 1. Значение pKa для разных органических кислот с потенциальной антимикробной активностью (Dittoe DK, et al, 2018)
Другими исследователями также отмечалось, что лауриновая кислота с высоким pKa обладает высокой антибактериальной активностью против C. perfringens (Skrivanova et al., 2005). Однако не стоит сбрасывать со счетов масляную кислоту – ее соли (бутираты), способные проходить в неизмененном виде через желудок, хоть и не имеют ингибирующей способности в отношении C. perfringens, однако они считаются стимуляторами роста и развития ворсинок кишечника, что важно для профилактики повреждений и регенерации эпителиальных тканей. Бутираты обладают противовоспалительным действием (Place et al., 2005) и даже при низких концентрациях укрепляют защитные барьеры кишечника за счет увеличения выработки муцинов и антимикробных пептидов хозяина (Barcelo et al., 2000; Schauber et al., 2003). Кроме того, масляная кислота снижает проницаемость кишечника за счет увеличения синтеза белков плотного контакта эпителия (Mariadason et al., 1997; Peng et al., 2007).
Небезынтересно действие некоторых эфирных масел: тимол, а также смесь тимола и карвакрола снижает количество C. Perfringens в кишечнике и помете (P.Mitsch et al, 2004), однако другие эфирные масла, например, масло орегано не влияют на патогенную микрофлору столь же эффективно (D.E.Gross et al, 2007). С научной точки зрения принцип действия эфирных масел на некротический энтерит, вызванный C. Perfringens, можно описать, как прямое антимикробное действие на бактериальные клетки и косвенное влияние за счет изменений микробиоты кишечника, и улучшения его пищеварительной функции. Важным аргументом в пользу использования эфирных масел служит также их способность проходить через агрессивную среду желудка и затем воздействовать на C. Perfringens, что подтверждают исследования in vitro и in vivo для карвакрола и других масел (P.Mitsch et al, 2004, W.Su, 2009).
Timbermont et al, 2010 описывают эксперимент на бройлерах, где бройлеров Росс 308 в возрасте 19, 20, 21 и 22 дня заражали А штаммом C. Perfringens, который был выделен из кишечника бройлера с тяжелыми некротическими поражениями, и испытывали действие жирных кислот, бутиратов и эфирных масел, как вместе, так и по отдельности (Таблица 2).
Таблица 2 Количество бройлеров с макроскопическими поражениями НЭ
1В данном исследовании использовались тимол, циннамальдегид и эфирное масло эвкалипта в качестве эфирных масел (ЭМ), лауриновая кислота.
Это исследование показывает эффект синергии между всеми испытуемыми веществами, кроме того, некоторые вещества представляют интерес также и по отдельности (эфирные масла). С практической точки зрения такая альтернатива еще и экономически эффективна, поскольку все указанные вещества имеют невысокие дозировки и относительно небольшую стоимость включения в рецепт.
Одним из важнейших критериев в выборе стратегии по профилактике и контролю некротического энтерита является безопасность используемых продуктов, а также их эффективность на всей протяженности кишечника. Все исследования последних 10 лет направлены на обеспечение целостности и развития нормофлоры (микробиоты) кишечника, выражающийся в работе над балансом микрофлоры в сочетании с разумным подходом к расчету рецептур корма, биобезопасности и профилактике заболеваний птицы. Использование коротко- и средне-цепочечных жирных кислот, а также их комбинаций с эфирными маслами показывают достоверно положительное влияние на продуктивность птицы и снижение поражений кишечника в случае развития некротического энтерита. Множество исследований по всему миру, а также примеры практического использования данных продуктов, как замена кормовых антибиотиков и поддержания птицы там, где эта замена уже случилась, позволяют считать жирные кислоты и их комбинации с эфирными маслами одними из ключевых решений в стратегическом подходе к борьбе с НЭ при отказе от антибиотиков.
За конcультацией по вопросам кормления птицы без антибиотиков обращайтесь к экспертам «Каргилл» по телефону +7 (495) 213-34-12 или электронной почте provimi_moscow@cargill.com.
www.cargill.com | www.provimi.ru
Минков В.А., ведущий эксперт по ветеринарии, ООО «Провими»
С момента открытия и начала широкого использования пенициллина в 40-х годах прошлого века и по сей день антибиотики играют важную роль в профилактике, контроле и лечении инфекционных заболеваний у человека и животных. Кроме того, доказано, что использование антибиотиков в сельском хозяйстве позволяет увеличить результаты откорма и эффективность использования кормов. Некоторые исследования показывают, что стимулирующий эффект отдельных антибиотиков может быть связан со снижением активности ферментов, вырабатываемых бактериями, которые оказывают негативное влияние на переваривание и всасывание жиров в организме хозяина (Lin, 2014). При этом чрезмерное или бесконтрольное использование антибиотиков привело к появлению термина «антимикробная резистентность», которую ВОЗ определяет как устойчивость микроорганизма к противомикробному препарату, который был изначально эффективен для лечения инфекций, вызванных им.
Если рассматривать антибиотикорезистентность в сельском хозяйстве, известно, что многие изоляты Campylobacter spp. резистентны к хинолонам, макролидам, хлорамфениколу, аминогликозидам, ампициллину, тилозину и некоторым другим антибиотикам (Koluman et al, 2013, Padungton et al, 2003). Примечательно, что частота резистентности к эритромицину у Campylobacter coli выше, чем у Campylobacter jejuni (0%-29% и 0%-20% соответственно). В отличие от макролидов, устойчивость к хинолонам появилась в течение последних 20 лет, что совпало с использованием фторхинолонов (главным образом энрофлоксацина) в ветеринарии (Engberg et al, 2006). Похожая картина с Salmonella spp. – одной из основных бактерий в мониторинге пищевой безопасности: количество антибиотико-резистентных изолятов растет с 1996 года, кроме того, эта бактерия проявляет замечательную способность перемещаться по всему миру. В настоящее время наиболее распространенными являются подвиды Salmonella spp, устойчивые к ампициллину, хлорамфениколу, стрептомицину, сульфаниламидам и тетрациклинам (McDermott, 2006).
На самом деле рост антимикробной резистентности был предсказуем изначально, поскольку бактерии — это очень адаптивные микроорганизмы, выживающие в изменяющихся условиях среды миллионы лет. В связи с растущей антимикробной устойчивостью, а также множественными способами ее передачи от животных к человеку, контроль за использованием антибиотиков ужесточается на государственном уровне – так многие страны уже отказались от использования антибиотиков полностью или частично (используя только кокцидиостатики).
В России также реализуется политика в отношении пищевой безопасности, и перспектива работы в условиях практически полного запрета на использование антибиотиков стала реальностью ближайшего будущего. Оглядываясь на опыт зарубежных коллег, можно заключить, что наших производителей, также как и производителей из Европы и США, будет в первую очередь волновать вопрос не только пищевой безопасности и возможной контаминации Campylobacter spp. и Salmonella spp, но и риск развития некротического энтерита (НЭ), для предотвращения которого по большей части используются кормовые антибиотики. Согласно мировым опросам различных специалистов птицеводческой отрасли во всем мире (WATT Global Media, апрель 2021г.), именно некротический энтерит является основной трудностью, возникающей при отказе от использования антибиотиков (согласно опросу в 55% случаев). Ущерб от НЭ в мировой птицеводческой индустрии оценивается в 6 миллиардов долларов ежегодно и включает в себя как затраты, связанные с мерами контроля и профилактики, так и производственные потери (Timbermont L, et al, 2011). Причиной некротического энтерита у птицы является грамм-позитивная спорообразующая бактерия Clostridium perfringens, которая подразделяется на несколько типов, согласно их способности к выработке токсинов (альфа, бета, NetB и др. токсины). Данная бактерия является постоянным обитателем желудочно-кишечного тракта птицы и способна к чрезвычайно быстрой скорости размножения внутри кишечника, выделяя сильно действующий токсин. Заболевание может протекать как в острой форме, характеризующейся внезапным увеличением падежа, так и в субклинической форме, с более мягкими симптомами и без выраженных пиков падежа. В целом НЭ приводит к потерям продуктивности из-за повреждений кишечника (действие токсинов), его повышенной проницаемости и, как следствие, снижение всасывания питательных веществ корма. Следует отметить, что именно субклинические формы некротического энтерита вызывают наибольшие опасения и потери, так как в этом случае болезнь плохо диагностируется, а предприятие оборот за оборотом терпит убытки из-за повышения конверсии корма и снижения скорости роста. Исследователи связывают развитие некротического энтерита с, как минимум, двумя предрасполагающими факторами: повреждением слизистой оболочки кишечника другими микроорганизмами (чаще всего кокцидиями) и использованием кормов с повышенным содержанием сырого протеина (Kaldhusdal & Skjerve, 1996; Williams, 2005; Dahiya et al., 2006). Так как C. Perfringens является частью микрофлоры ЖКТ птицы, изменение микробного профиля в сторону данного вида бактерий может провоцировать их активное размножение и далее развитие некротического энтерита. Это одна из причин активного изучения состава микробиоты кишечника птицы и влияния на неё различных препаратов и компонентов корма.
В связи с распространением запрета на кормовые антибиотики и формированием антимикробной резистентности, птицеводческая отрасль нуждается в альтернативных концепциях и продуктах для контроля некротического энтерита.
Многообещающим решением для профилактики некротического энтерита (НЭ) являются коротко-цепочечные (C ≤ 6), средне-цепочечные жирные кислоты (C≥7-12) и эфирные масла. Антибактериальная активность жирных кислот упоминалась исследователями еще в 50-х годах прошлого века, однако механизм их действия до сих полностью не изучен. Один из возможных механизмов у средне-цепочечных жирных кислот и их моноглицеридов - их способность проходить через бактериальную мембрану и распадаться внутри бактерий на анионную и катионные фракции. Анионная фракция кислот начинает взаимодействовать с нуклеиновыми кислотами бактерии, нарушая ее патогенез и устойчивость. Катионная фракция (H+) кислоты снижает внутренний рН бактерии, разрушая белки и угнетая ферментативную активность внутри клетки (Luis-Miguel Gomez-Osorio et al, 2021). Это приводит к большим потерям энергии для поддержания рН и угнетению или гибели бактерий (рис. 1).
Рис. 1 Предполагаемый механизм действия коротко- и средне-цепочечных жирных кислот и моноглицеридов.
Не менее важным фактором в борьбе с патогенами ученые считают способность кислот взаимодействовать с рН желудочно-кишечного тракта. У птицы прохождение кислот через желудок в неизмененном виде является максимально критичным, поэтому исследователи оценивают значение pKa кислоты - это значение рН, при котором 50% кислоты находится в недиссоциированной или несвязанной форме (водорастворимая молекула) и 50% в диссоциированной форме (жирорастворимая молекула). Этот баланс меняется в зависимости от рН среды. Значение pKa определяет способность кислоты приближаться к бактериям, а также определяет может ли кислота снижать рН и действовать как антимикробное вещество. Средне-цепочечные жирные кислоты имеют более высокое значение pKa, чем другие органические кислоты, поэтому они не разрушаются под влиянием агрессивной среды желудка и способны разрушать клеточную мембрану патогенов в кишечнике, где происходит основное всасывание питательных веществ.
Таблица 1. Значение pKa для разных органических кислот с потенциальной антимикробной активностью (Dittoe DK, et al, 2018)
Другими исследователями также отмечалось, что лауриновая кислота с высоким pKa обладает высокой антибактериальной активностью против C. perfringens (Skrivanova et al., 2005). Однако не стоит сбрасывать со счетов масляную кислоту – ее соли (бутираты), способные проходить в неизмененном виде через желудок, хоть и не имеют ингибирующей способности в отношении C. perfringens, однако они считаются стимуляторами роста и развития ворсинок кишечника, что важно для профилактики повреждений и регенерации эпителиальных тканей. Бутираты обладают противовоспалительным действием (Place et al., 2005) и даже при низких концентрациях укрепляют защитные барьеры кишечника за счет увеличения выработки муцинов и антимикробных пептидов хозяина (Barcelo et al., 2000; Schauber et al., 2003). Кроме того, масляная кислота снижает проницаемость кишечника за счет увеличения синтеза белков плотного контакта эпителия (Mariadason et al., 1997; Peng et al., 2007).
Небезынтересно действие некоторых эфирных масел: тимол, а также смесь тимола и карвакрола снижает количество C. Perfringens в кишечнике и помете (P.Mitsch et al, 2004), однако другие эфирные масла, например, масло орегано не влияют на патогенную микрофлору столь же эффективно (D.E.Gross et al, 2007). С научной точки зрения принцип действия эфирных масел на некротический энтерит, вызванный C. Perfringens, можно описать, как прямое антимикробное действие на бактериальные клетки и косвенное влияние за счет изменений микробиоты кишечника, и улучшения его пищеварительной функции. Важным аргументом в пользу использования эфирных масел служит также их способность проходить через агрессивную среду желудка и затем воздействовать на C. Perfringens, что подтверждают исследования in vitro и in vivo для карвакрола и других масел (P.Mitsch et al, 2004, W.Su, 2009).
Timbermont et al, 2010 описывают эксперимент на бройлерах, где бройлеров Росс 308 в возрасте 19, 20, 21 и 22 дня заражали А штаммом C. Perfringens, который был выделен из кишечника бройлера с тяжелыми некротическими поражениями, и испытывали действие жирных кислот, бутиратов и эфирных масел, как вместе, так и по отдельности (Таблица 2).
Таблица 2 Количество бройлеров с макроскопическими поражениями НЭ
1В данном исследовании использовались тимол, циннамальдегид и эфирное масло эвкалипта в качестве эфирных масел (ЭМ), лауриновая кислота.
Это исследование показывает эффект синергии между всеми испытуемыми веществами, кроме того, некоторые вещества представляют интерес также и по отдельности (эфирные масла). С практической точки зрения такая альтернатива еще и экономически эффективна, поскольку все указанные вещества имеют невысокие дозировки и относительно небольшую стоимость включения в рецепт.
Одним из важнейших критериев в выборе стратегии по профилактике и контролю некротического энтерита является безопасность используемых продуктов, а также их эффективность на всей протяженности кишечника. Все исследования последних 10 лет направлены на обеспечение целостности и развития нормофлоры (микробиоты) кишечника, выражающийся в работе над балансом микрофлоры в сочетании с разумным подходом к расчету рецептур корма, биобезопасности и профилактике заболеваний птицы. Использование коротко- и средне-цепочечных жирных кислот, а также их комбинаций с эфирными маслами показывают достоверно положительное влияние на продуктивность птицы и снижение поражений кишечника в случае развития некротического энтерита. Множество исследований по всему миру, а также примеры практического использования данных продуктов, как замена кормовых антибиотиков и поддержания птицы там, где эта замена уже случилась, позволяют считать жирные кислоты и их комбинации с эфирными маслами одними из ключевых решений в стратегическом подходе к борьбе с НЭ при отказе от антибиотиков.
За конcультацией по вопросам кормления птицы без антибиотиков обращайтесь к экспертам «Каргилл» по телефону +7 (495) 213-34-12 или электронной почте provimi_moscow@cargill.com.
www.cargill.com | www.provimi.ru