Microbiomul intestinal al păsărilor de curte și interacțiunea acestuia cu gazda și dieta

Abstract

Tractul gastrointestinal (GI) al păsărilor de curte este dens populat cu microorganisme care interacționează strâns și intens cu gazda și furajul ingerat. Microbiomul intestinal beneficiază de gazdă prin furnizarea de substanțe nutritive din substraturi dietetice altfel slab utilizate și modulând dezvoltarea și funcția sistemului digestiv și a sistemului imunitar. În schimb, gazda oferă un habitat permisiv și substanțe nutritive pentru colonizarea și creșterea bacteriilor. Microbiomul intestinal poate fi afectat de dietă, iar diferitele intervenții dietetice sunt utilizate de producătorii de păsări de curte pentru a spori creșterea păsărilor și a reduce riscul de infecție enterică de către agenții patogeni. Există, de asemenea, interacțiuni extinse între membrii microbiomului intestinal. O înțelegere cuprinzătoare a acestor interacțiuni va ajuta la dezvoltarea de noi intervenții dietetice sau manageriale care pot spori creșterea păsărilor, maximiza utilizarea hranei gazdei și proteja păsările de bolile enterice cauzate de bacteriile patogene.

Introducere

Tractul gastrointestinal (GI) al păsărilor de curte intră în contact cu microorganisme exogene imediat după eclozare și apoi devine un adăpost cald pentru un microbiom complex format în principal din bacterii anaerobe. Pe măsură ce gazda crește, acest microbiom devine foarte divers până ajunge la o stare relativ stabilă, dar dinamică. În comparație cu alte animale alimentare care sunt mamifere, păsările de curte (pui, curcan și rață) au un tract GI mai scurt și un tranzit digest mai rapid. Această caracteristică anatomică selectează un microbiom intestinal foarte diferit la păsările de curte decât la alte animale alimentare. Există interacțiuni extinse ale acestui microbiom intestinal cu gazda și dieta păsărilor de curte, precum și interacțiuni între microbii intestinali individuali (Fig. 1), care au efecte profunde asupra nutriției și sănătății păsărilor de curte și, prin urmare, sunt de o mare importanță pentru producția de păsări de curte. Obiectivul acestei revizuiri este de a oferi o imagine de ansamblu asupra stării actuale a cunoștințelor despre interacțiunile microb-gazdă, microb-dietă și microb-microb din intestinul păsărilor de curte (în principal, de pui).

microbiomul

figura 1. Model conceptual al interacțiunilor dintre microbiomul intestinal, gazda aviară, dieta și microbiomul de gunoi

Microbiomul intestinal al păsărilor de curte

Tractul GI al păsărilor de curte (de exemplu, pui, curcan și rață) constă din esofag, culturi, proventriculus, gizzard, intestine subțiri (duoden, jejun și ileon), cecum, colon și cloacă. În raport cu lungimea corpului, tractul gastro-intestinal al păsărilor este mult mai scurt decât cel al animalelor mamifere. Ca atare, digesta trece prin întregul tract GI mai repede la păsări decât la mamifere. Deși dieta și hrănirea pot avea un efect asupra ratei de trecere, timpul mediu de tranzit al întregului tract este mai mic de 3,5 ore. 1 Un astfel de timp de retenție scurt selectează bacteriile care pot adera la stratul de mucoasă și/sau cresc rapid. Cu toate acestea, ceca, care sunt două pungi oarbe care au o rată de trecere destul de lentă, sunt habitate ideale pentru un microbiom divers, care are un efect considerabil asupra nutriției și sănătății gazdei. Microbiomul cecal este într-adevăr cel mai studiat microbiom intestinal al păsărilor de curte.

Interacțiuni între Microbiomul intestinal și gazdă

Interacțiuni extinse apar între gazda păsărilor de curte și microbiomul intestinal al acesteia (Fig. 1). Aceste interacțiuni se manifestă în special prin schimbul de substanțe nutritive, modularea morfologiei intestinului gazdă, fiziologie și imunitate.

Interacțiuni nutriționale

De asemenea, bacteriile intestinale contribuie la metabolismul azotului gazdă. La păsări, tractul intestinal și urogenital se întâlnesc la cloacă, unde urina se amestecă cu fecalele. Unele urine se pot deplasa la ceca din cauza peristaltismului retrograd din rect. 13 Bacteriile Cecal pot apoi cataboliza acidul uric în amoniac, care poate fi absorbit de gazdă și utilizat pentru a sintetiza câțiva aminoacizi, cum ar fi glutamina. 14 O parte din azotul alimentar este încorporat în proteinele celulare bacteriene. Prin urmare, bacteriile intestinale pot fi o sursă de aminoacizi. 15 Cu toate acestea, majoritatea acestor proteine ​​bacteriene se pierd în gazdă odată cu excreția fecalelor, deoarece majoritatea bacteriilor intestinale din păsări se află în cecum, care nu are capacitatea de a digera și de a absorbi proteinele. Utilizarea proteinelor bacteriene este posibilă atunci când găinile sunt adăpostite pe podele dure, unde poate apărea coprofagia (ingestia de fecale) și proteinele bacteriene pot fi digerate și absorbite în intestinul proximal. 8, 14

Un studiu recent a demonstrat in vitro că microbiomul intestinal al puiului necesita zaharuri și peptide simple pentru o creștere echilibrată, în timp ce microbiomul intestinal uman preferă polizaharide și proteine. 16 Microbiomul de pui a produs, de asemenea, concentrații mai mari de SCFA decât microbiomul uman. Având în vedere tractul digestiv mai scurt și tranzitul digestiv mai rapid la păsări de curte decât la animalele de la mamifere, pot fi disponibile mai multe zaharuri și peptide în intestinele păsărilor de curte decât în ​​colonul uman, care la rândul său a selectat un microbiom intestinal adaptat la zaharuri și peptide simple.

Microbiomul intestinal al păsărilor de curte poate servi și ca furnizor de vitamine (în special vitaminele B) pentru gazda sa. 6, 17 La fel ca proteinele bacteriene, majoritatea vitaminelor sintetizate de bacteriile intestinale sunt excretate cu fecale deoarece nu pot fi absorbite în cecum. Cu toate acestea, păsările coprofagice pot beneficia de sinteza bacteriană a vitaminelor. Acest lucru este dovedit de o necesitate mai mare de vitamine de către puii adăpostiți în cuști de sârmă, unde coprofagia este prevenită, decât de puii crescuți pe podele dure. 14

Într-o manieră reciprocă, păsările pot furniza și unele substanțe nutritive bacteriilor intestinale. De exemplu, mucinele produse de celulele calicice ale intestinului sunt surse importante de carbon, azot și energie pentru unele bacterii comensale și patogene. 6, 18 Puține rapoarte sunt disponibile despre bacteriile care utilizează mucină de origine pasăre, dar studiile efectuate pe alte specii de animale au arătat că o varietate de bacterii pot degrada mucinele, inclusiv unele specii de Bifidobacterium, 19, 20 Bacteroides, 6 și Akkermansia muciniphila. 21 Aceste bacterii sunt capabile să se atașeze la stratul de mucus și să secrete enzime specifice pentru degradarea mucinei. 18 Deși degradarea mucinei de către aceste bacterii nu a fost încă demonstrată la păsările de curte, membrii acestor specii au fost găsiți în intestinul păsărilor de curte și este rezonabil să presupunem că unele bacterii intestinale pot și degradează mucinele la păsări. Stratul de mucus al tractului gastrointestinal servește ca o barieră de protecție pentru bacteriile atașate, iar mucina alimentată în mod constant este o sursă excelentă de nutrienți pentru unele bacterii intestinale. Abilitatea de a se atașa și de a utiliza mucina permite bacteriilor care utilizează mucina să depășească alte specii de pe suprafața stratului de mucus. Ca urmare, aceste bacterii joacă un rol important în boala enterică și sănătatea.

În ciuda faptului că păsările și locuitorii săi intestinali beneficiază ambele de schimbul de nutrienți gazdă-microb, unele bacterii intestinale sunt uneori în competiție cu gazda pentru nutrienți. Microbiomul intestinal a evoluat cu gazda spre o relație simbiotică, iar la păsările sănătoase concurența directă pentru nutrienți este limitată, deoarece majoritatea nutrienților digerabili sunt absorbiți de gazdă în intestinul subțire, unde densitatea bacteriană este scăzută și utilizarea bacteriană a nutrienților este suprimată din cauza la pH scăzut și timp scurt de retenție. 10 Cu toate acestea, atunci când bacteriile cresc în intestinul subțire în anumite circumstanțe, substanțele nutritive sunt capturate și utilizate de bacterii înainte de absorbția normală de către gazdă. 22 La om și șoareci, unele bacterii intestinale pot deconjuga acizi biliari, suprimând astfel digestia lipidelor de către gazdă. 23, 24 Clostridium perfringens, streptococi și unele dintre bifidobacteriile și lactobacilii izolați din găini sunt capabili să deconjugeze acizii biliari, dar rămâne de stabilit în ce măsură deconjugarea bacteriană a acizilor biliari scade digestia lipidelor la pui.