Иммунитет в современном животноводстве и птицеводстве: от теории к практике иммуномодуляции


подписаться на рассылку анонсов статей:
 
 
поиск по разделу «Статьи»

всего статей: 1517


Иммунитет в современном животноводстве и птицеводстве: от теории к практике иммуномодуляции



В. Фисинин, доктор сельскохозяйственных наук, академик РАСХН, директор ВНИТИП

П. Сурай, доктор биологических наук, профессор, иностранный член РАСХН,

Шотландский сельскохозяйственный колледж и Университет Глазго (Великобритания)

Сегодня всё больше внимания уделяется поддержа­нию здоровья животных и птицы, и в этом отношении роль иммунной системы трудно переоценить. С одной стороны, она обеспечивает надёжную защиту от боль­шинства патогенов. С другой — эффективность вакцинаций напрямую зависит от иммунокомпетентности: при низкой у животных появляется ряд проблем, свя­занных как с повышенным их отходом, так и с плохим ростом и развитием. В этом отношении иммуносупрессия привлекает учёных и практиков, поэтому количе­ство исследований по выяснению молекулярных меха­низмов функционирования иммунной системы растёт в геометрической прогрессии.

Напомним, что 12  Нобелевских премий, присуж­дённых за достижения в данной области, говорят са­ми за себя. Более того, Нобелевской премии в области физиологии и медицины за  2011 г. удостоены учёные-иммунологи за расшифровку важных механизмов ре­гуляции иммунитета. В целом же иммунная система является, вероятно, одной из самых сложных в орга­низме и, несмотря на несомненные успехи в области иммунологии, мы ещё не можем с уверенностью ска­зать, как происходит регуляция иммунной системы на молекулярном уровне. Чтобы представить сложность ситуации, следует упомянуть, что в организме курицы обнаруживается более 30 млрд. лимфоцитов, около 10 млрд. гранулоцитов, более 1 млрд. натуральных клеток-киллеров и почти столько же моноцитов/мак­рофагов — поистине огромная армия защитников, стоящих на страже её здоровья. При этом следует иметь в виду, чем выше сложность системы, тем труд­нее её обслуживать и поддерживать в рабочем состоя­нии и тем выше требования к обеспечению данной си­стемы всем необходимым. Именно поэтому в условиях стресса иммунная система страдает, как прави­ло, первой.

Цель настоящего обзора — обобщение современных знаний в области иммунитета сельскохозяйственных животных, включая птицу, рассмотрение практических возможностей иммуномодуляции путём использова­ния водорастворимого антистрессового препарата но­вого поколения.

Принципы организации иммунной системы.

Наиболее важной функцией иммунной системы яв­ляется постоянное наблюдение за нормальными клет­ками в органах и тканях для обнаружения чужеродных молекул или патогенов. Это что-то напоминающее си­стему внутренней безопасности на военных предприятиях, предотвращающих «шпионаж», то есть идёт по­стоянное наблюдение за клетками организма для вы­явления чужих или повреждённых (перерождённых, например, заражённых вирусом), не способных вы­полнять свои функции.

В процессе эволюции в иммунной системе был вы­работан ряд важнейших элементов, способствующих отличить «своего» от «чужого», часто замаскировав­шегося под «своего». Как правило, система распозна­вания чужих очень эффективна и в нормальных фи­зиологических условиях надёжно защищает организм от различных патогенов, используя систему узнавания отличий, которые обычно находятся на поверхности патогенов. Например, это относится к липополисахаридам (LPS) грамотрицательных бактерий, липопротеинам бактерий и паразитов, гликолипидам микобактерий, маннанам дрожжей и двуцепочечной РНК вирусов.

Существует два основных типа иммунных функций: природный и приобретённый (адаптивный) иммунитет

Природный иммунитет.

Это врождённый иммуни­тет. Он включает в себя физические барьеры (кожа, слизь в желудочно-кишечном тракте и др.), специфиче­ские молекулы (агглютинины, перфорины, преципитины, белки острой фазы, система комплемента, лизоцим и др.), фагоцитарную функцию фагоцитов (макрофаги и нейтрофилы/у птицы — гетерофилы/ базофилы, эозинофилы, дендритные клетки) и лизирующую ак­тивность класса лимфоцитов, называемых естественными киллерами (NK-клетки).

Таким образом, на первой линии иммунологиче­ской защиты стоят различные физические барьеры, в том числе кожа, слизь и др.  Однако при высоком бак­териальном нажиме микроорганизмам всё же удаётся проникнуть, например, через дыхательные пути или слизистую кишечника, и тогда на передовой их встре­чают макрофаги и гетерофилы, которые выполняют целый ряд важных функций, включая фагоцитоз по­сторонних частиц, уничтожение бактерий или опухо­левых клеток, секрецию простагландинов и цитокинов (Surai, 2006).

Итак, в неспецифической защите животных и птицы от патогенных и непатогенных чужеродных агентов ог­ромное значение имеют клетки, способные к фагоцито­зу, а также обладающие цитотоксической активностью. Активация этих клеток осуществляется продуктами жизнедеятельности микробов, их синтетическими ана­логами, пектинами, компонентами комплемента, фраг­ментами иммуноглобулинов, С-реактивным белком и др. На самом деле фагоцитоз является основным меха­низмом удаления микробов из организма, он играет важнейшую роль для защиты от внеклеточных микро­бов. В результате стимуляции (например, микробами) происходит дифференциация моноцитов в макрофа­ги, которые являются более мощными защитниками организма.

Следует особо отметить, что активация макрофагов и фагоцитоз чужеродных частиц регулярно сопровож­даются так называемым «дыхательным взрывом», по­вышением образования свободных радикалов (реак­тивных молекул кислорода) за счёт активации ферментативного комплекса NADPH-оксидазы. Поэтому макро­фаги, а также другие фагоцитарные лейкоциты (напри­мер, нейтрофилы, моноциты и эозинофилы) могут синтезировать токсичные метаболиты кислорода, называе­мые свободными радикалами. В целом образование свободных радикалов (активированных молекул кис­лорода и азота) характерно для макрофагов млекопи­тающих и птиц. Такой же способ уничтожения патоге­нов используют и гетерофилы птиц. Однако кроме сво­бодных радикалов они используют ещё ряд веществ, содержащихся в гранулах и обладающих антибактери­альными свойствами, что способствует большей эф­фективности.

Таким образом, фагоцитарные клетки, по сути, при­меняют химическое оружие для уничтожения патоге­нов. Имея такое мощное оружие, макрофаги связы­вают, обволакивают и достаточно быстро уничтожают чужеродные антигены (например, бактерии). Всего за 15 минут макрофаги цыплёнка способны уничтожить более 80% микроорганизмов, попавших в фагосомы. Такое оружие очень эффективно в уничтожении пато­генов, но если, скажем, фагосома лопнет и свобод­ные радикалы и другие токсичные продукты попадут во внеклеточное пространство, они способны уничто­жать и собственные клетки, то есть химическое ору­жие не имеет избирательности. Одним словом, можно провести аналогию с атомной электростанцией. Так, в контролируемых условиях выделение атомной энер­гии даёт возможность получать электричество (элек­тростанции). Когда же контроль над данным процес­сом потерян, происходят необратимые изменения, приводящие к плачевным последствиям (радиации и выходу токсичных продуктов, как при аварии на Чер­нобыльской АЭС, то же наблюдается в лопнувшем фа­гоците).

Итак, чтобы обеспечить эффективную работу фагоци­тарных клеток иммунной системы, организм нуждается в очень надёжном антиоксидант-прооксидантном ба­лансе. Данный баланс обеспечивает сам организм, ис­пользуя различные подходы и главным образом синте­зируя различные антиоксидантные молекулы, включая антиоксидантные ферменты (супероксиддисмутаза и глутатион-пероксидаза), белки теплового шока (белки-шапероны), белки-сиртуины и ряд других важных мо­лекул. Задача же специалистов по кормлению и по ветеринарии — дать организму всё необходимое для син­теза вышеуказанных веществ.

Таким образом, природные антиоксиданты, посту­пающие с кормом (витамины Е, С, селен и др.), обес­печивают лишь часть потребности, другая часть зависит от активности витагенов, группы генов, которые ответ­ственны за поддержание гомеостаза в организме в стресс-условиях, что напрямую относится к иммунной системе. Она страдает первая.

К факторам естественного иммунитета относятся так­же и естественные киллеры   (NK-клетки — от англ. Naturalkiller), которые находятся в состоянии готовности к цитолизу вне зависимости от антигенной стимуляции. NK-клетки изначально были охарактеризованы как гра­нулярные лимфоциты, способные уничтожать раковые клетки, или инфицированные вирусом. Они отличают­ся от классических лимфоцитов большим размером, содержат больше цитоплазмы и имеют плотные грану­лы. Механизм уничтожения клеток осуществляется че­рез выделение содержимого гранул (перфоринов и гранозимов) на поверхность инфицированной клетки.

Приобретённый иммунитет.

Приобретённый, или специфический, иммунитет включает гумораль­ный и клеточный. Существует два основных вида лимфоцитов: В-клетки и Т-клетки. Гуморальный иммунитет обеспечивают В-лимфоциты. Он основан на формировании серии иммуноглобулинов, отвечающих за специфическое узнавание и ликвидацию различных антигенов, которые связывают и удаляют из организма хозяина вторгшиеся патогены или инородные вещества.

Клеточный иммунитет основан на специфическом узнавании антигенов Т-лимфоцитами, образуемыми в тимусе. Благодаря ему клетки, инфицированные ино­родным агентом, например, вирусом, уничтожаются через прямой контакт между активированными Т-лимфоцитами и целевой (инфицированной) клеткой. Кле­точный иммунитет отвечает за удаление чужеродных материалов, раковых клеток, а также за устойчивость ко многим патогенным микроорганизмам.

У птицы предшественники Т-лимфоцитов и В-лимфоцитов образуются в костном мозге. Фактическое разви­тие Т-клеток происходит в тимусе, В-клетки развивают­ся в бурсе Фабрициуса. Взаимодействие между Т- и В-клетками, а также с антиген-презентующими клетка­ми способствует развитию специфического иммуните­та. Эти защитные механизмы индуцируются или стиму­лируются благодаря соприкосновению с чужеродными веществами и являются специфическими для отдель­ных макромолекул, с каждой последующей экспози­цией к данной молекуле иммунный ответ усиливается. По сравнению с природным иммунитетом специфиче­ский занимает больше времени для развития и имеет память (табл. 1).

Таблица 1. Ключевые моменты природного и приобретённого иммунитета

Показатели

Природный

Приобретенный

Появление в процессе эволюции

Примитивные организмы

Позвоночные

Действие

Быстро (часы-дни)

Медленно (дни-декады)

Узнавание

Общий патоген, ассоциированный в микробиальные элементы (PAMPs)

Уникальные эпитопы на каждом патогене/антигене

Клеточные компоненты

Фагоциты (макрофаги и нейтрофилы): натуральные клетки-киллеры, маст-клетки, дендриты

Т- и В-лимфоциты

Создание специфичности

Закодирована в геноме; имеет некоторую специфичность, не имеет памяти

Соматическая перестройка; высокоспецифична и имеет память

Эффекторные механизмы

Комплемент (альтернативный путь); цитокины; хемокины; клеточная цитотоксичность

Антитела: цитотоксические  Т-клетки; классическая активация комплемента; антитела-зависимая клеточная цитотоксичность; цитокины; хемокины

Растворимые медиаторы

Цитокины макрофагов

Цитокины лимфоцитов

Характерные факторы транскрипции

NF-kB (+JNK/AP1)

Jak/STAT, NF-kB, etc.

Физиологические барьеры

Кожа

Подкожный иммунитет и иммунитет кишечника

Мембраны слизистой

Антитела в секретах слизистой

Лизоцим

Кислоты желудка

Синергические бактерии

Взаимодействие природного и приобретённого иммунитета.

Природный и приобретённый иммунитет «работают» вместе через прямой контакт с клетками, а также путём использования молекул коммуникации, таких, как цитокины и хемокины. Таким обра­зом, для эффективности иммунной системы у цыплят или млекопитающих требуется слаженная работа мак­рофагов, нейтрофилов (гетерофилов у птиц), В-лимфоцитов и Т-лимфоцитов со всеми другими типами им­мунных клеток. При этом иммунный ответ включает в себя клеточную пролиферацию (Т-лимфоциты), усиле­ние синтеза белка (в т.ч. синтез иммуноглобулинов  В- лимфоцитами и белков острой фазы печеньи) и образование медиаторов воспаления.

В целом иммунную систему можно представить в ви­де громадной армии, имеющей свои подразделения — разведчиков (дендриты), отделения химической и ядерной атаки (макрофаги и нейтрофилы), наступа­тельные части (В- и Т-лимфоциты), снайперов (NK-клетки). Данная армия осуществляет функции в тесном кон­такте со ставкой главного командования (нервная система и мозг) и силами быстрого реагирования (гормо­нальная система). Итак, иммунокомпетентность — это эффективное взаимодействие между всеми типами иммунных клеток. Однако проблема молекулярных механизмов взаимодействия иммунных клеток до сих пор остаётся нерешённой.

Известно, что взаимодействие происходит благода­ря различным рецепторам на поверхности иммунных клеток, а молекулами коммуникации являются цитокины, простагландины и ряд других веществ. В целом рецепторы можно представить в виде своеобразных мобильных телефонов, способных передавать и полу­чать сигналы.

Исследования последнего десятилетия убедительно показали, что в условиях стресса увеличивается обра­зование свободных радикалов, которые могут повре­дить «мобильные телефоны» путём окисления липидов и, что более важно, окисления белков. Окисление белков в структуре рецепторов приводит к тому, что нарушается их функционирование, то есть, с одной стороны, теряется эффективная коммуникация между иммунными клетками и управлением иммунной си­стемой, с другой — нарушается узнавание иммунны­ми клетками чужеродных тел. При этом нарушение контроля за фагоцитами может привести к избыточно­му образованию свободных радикалов, которые вы­рвавшись из фагосом, ещё больше усиливают разру­шающее действие стресса. Учитывая тот факт, что большинство стрессов связано с избыточным образо­ванием свободных радикалов, становится понятной общность механизмов иммуносупрессивного дей­ствия различных стрессов, включая микотоксины кор­мов, повышенную температуру и загазованность по­мещения, др.              

Пути оптимизации иммунокомпетенции в стресс-условиях.

Как только патоген попадает в орга­низм хозяина, первоначальным неспецифическим ответом становится воспалительная реакция, создающая неблагоприятные условия для патогена. Она приводит к ряду изменений в поведенческих, иммунологиче­ских, сосудистых и метаболических реакциях. В ре­зультате могут замедляться темпы роста, снижается ап­петит, повышается деградация мышечных белков с воз­можным снижением продуктивности и повышенным падежом. Поэтому цена защиты от патогенов для орга­низма может быть достаточно высокой, а задача спе­циалистов птицеводческих хозяйств найти ту самую зо­лотую середину, которая позволяет выйти из ситуации с минимальными потерями.

Исследованиями последних лет убедительно доказа­но, что иммунная система — одна из самых дорогих для организма, то есть вышеупомянутые миллиарды лимфоцитов и фагоцитов требуют питательных веществ и энергии для существования и выполнения своих функ­ций. При активации иммунной системы происходит бы­строе увеличение количества иммунных клеток и затра­ты питательных веществ существенно увеличиваются. Таким образом, ранее употребляемый термин «иммуностимуляция» был заменён на термин «иммуномодуляция» — проблема заключается не в активации им­мунной системы, а в её оптимальном ответе на реальную ситуацию.

Избыточный иммунный ответ, кроме того что приво­дит к перерасходу питательных и биологически ак­тивных веществ, часто вызывает и заболевания (ал­лергия, аутоиммунные болезни). Слабый иммунный ответ также не обеспечивает надёжной защиты орга­низма от патогенов. В этом отношении иммунная си­стема похожа на скрипку. Если у скрипки не подтяну­ты струны, то даже в руках лучшего скрипача мира она не будет звучать красивой мелодией: перетяну­тые и недотянутые струны также плохо. Так, в иммун­ной системе лишь эффективная коммуникация меж­ду всеми типами иммунных клеток даёт возможность надёжной защиты.

В этом отношении задача ветеринарных специалистов и зоотехнической службы хозяйств — найти эффектив­ные меры поддержания иммунной системы в условиях стресса. Одним из таких приёмов, который был разра­ботан в последние годы, является выпаивание анти­стрессовых препаратов в периоды повышенного стрес­са. Используя систему дозатронов/медикаторов, мож­но быстро прореагировать на конкретную ситуацию и дать птице необходимые биологически активные веще­ства, потребность в них возрастает в условиях стресса. Обеспечив птицу дополнительными антиоксидантами, удаётся снизить повреждение рецепторов на поверхно­сти иммунных клеток. Однако использование витамина Е или С оказалось малоэффективным, поскольку эф­фективность витамина Е в клетке больше зависит от его рециклизации,чем от концентрации.

Таким образом, добавив в антистрессовый препарат вещества, участвующие в рециклизации витамина Е (витамин С, селен, витамины В, и В2), вещества (карнитин и бетаин), регулирующие функцию митохондрий (основных поставщиков свободных радикалов в клет­ке), а также минералы — цинк и марганец (простетические группы главного антиоксидантного фермента супероксид-дисмутазы), удаётся поддержать высокую иммунокомпетентность в стресс-условиях благодаря предотвращению нарушения рецепторов. Кроме того, включение в состав препарата органических кислот позволяет поддерживать целостность энтероцитов, обеспечивая высокую эффективность всасывания питательных и биологически активных веществ, а также предупреждая проникновение патогенов, поскольку роль иммунной системы кишечника в защите от патоге­нов трудно переоценить.

Наши исследования показали перспективность вы­паивания препарата Фид-Фуд Меджик Антистресс Микс как в первые дни жизни цыплят (для поддержания оп­тимального развития кишечника и иммунной системы) (Сурай и Фисинин, 2012; Фисинин и Сурай, 2012; 2012а), так и перед вакцинациями, после них (высокая иммунокомпетентность — залог эффективной вакцина­ции), при тепловых стрессах, пересадке и отборе, пере­воде птицы из ремонтного молодняка во взрослое ста­до, при выходе на пик продуктивности и поддержании качества скорлупы во второй половине продуктивного периода, в ряде других случаев (Фисинин и Сурай, 2011; 2011 а; Сурай и Бородай, 2011; Сурай и Фотина, 2011). Было также показано положительное влияние антистрессового препарата на состояние здоровья и иммунитет поросят (Сурай и Мельничук, 2012; Гапонов и др., 2012).

Иммуносупрессивное действие микотоксинов.

Исследованиями последних лет доказано, что микотоксины являются важнейшими стресс-факторами кормо­вого происхождения (Surai and Dvorska, 2005). Глав­ный механизм их токсического действия — окислитель­ный стресс, то есть на уровне клетки потребление микотоксинов с кормом приводит к избыточному образо­ванию свободных радикалов, которые вызывают по­вреждение белков, липидов и нуклеиновых кислот, что, в свою очередь, способствует иммуносупрессии. Это характерно как для ДОН (Фисинин и Сурай, 2012 b; с), охратоксина (Фисинин и Сурай, 2012 d, е), Т-2 токсина (Фисинин и Сурай, 2012 f, g), так и для других микоток­синов (Surai, 2006; Surai et at., 2010). Эти изменения на­ряду с подавлением синтеза белка приводят к апоптозу и изменению экспрессии ряда важнейших генов, включая витагены, что и сопряжено с нарушением ком­муникации между иммунными клетками. Вся иммун­ная система теряет управление и больше не может адекватно реагировать на изменения внешней среды, то есть наблюдается иммуносупрессия.

Сегодня разработаны десятки различных адсорбен­тов, призванных связывать микотоксины в желудочно- кишечном тракте сельскохозяйственных животных и птицы. Тем не менее проблема иммуносупрессивного действия микотоксинов не решена по ряду причин.

- Ни один из адсорбентов микотоксинов, присут­ствующих на рынке России, ближнего и дальнего зару­бежья, не способен связывать 100% микотоксинов кор­мов. В лучшем случае цифра приближается к 70%, а по многим микотоксинам не превышает 50 процентов. К тому же большинство исследований в отношении свя­зующей способности микотоксинов адсорбентами про­водилось in vitro, а эти данные не всегда правомочно переносить на живой организм.

- Добавлять адсорбент в корма постоянно — дорого, а после того, как проявились признаки микотоксикоза, включая иммуносупрессию, нет смысла. К этому вре­мени уже значительное количество микотоксинов по­пало в организм, и они привели к отрицательным последствиям.

- Добавляемые в корм адсорбенты не обладают ле­чебными свойствами, а лишь снижают дальнейшее по­ступление микотоксинов в организм, которому необхо­димо справиться с детоксикацией поступивших мико­токсинов.

Учитывая вышесказанное, мы пришли к заключению, что в борьбе с микотоксинами важнейшее место зани­мает поддержка печени, где осуществляется детоксикация большинства микотоксинов, включая охратоксин и Т-2 токсин, а также микрофлоры кишечника, которая расщепляет ДОН.

Таким образом, выпаивание антистрессового пре­парата нового поколения, с одной стороны, поддер­живает функцию печени, в частности детоксикационную. В данном случае решающую роль играют такие компоненты антистрессового препарата, как карнитин (поддержание функции митохондрий и сниже­ние утечки свободных радикалов; активация ферментов детоксикации), бетаин и электролиты (под­держание осмотического баланса в кишечнике и в клетках печени, нарушающегося вследствие токсич­ности микотоксинов), витамин Е и система его рециклизации (снижающие окислительный стресс и предотвращающие апоптоз и изменения в активности ря­да важнейших генов), органические кислоты, способствующие оптимальному состоянию кишечника и его микрофлоры, а также детоксикации ДОН. Как уже упоминалось выше, смесь антиоксидантов, минера­лов, органических кислот, бетаина и карнитина обла­дает иммуномодулирующим действием, что суще­ственно снижает иммуносупрессию.

Итак, при подозрении на микотоксикоз рекоменду­ется выпаивать антистрессовый препарат в течение 3-7 дней. Если анализы подтвердят высокую концентрацию микотоксинов, тогда включают в корм эффективный адсорбент.

Если же проблема микотоксикоза действительно серьёзная, рекомендуется объединить скармливание адсорбента микотоксинов с выпаиванием антистрессо­вого препарата. Этот приём является наиболее эффек­тивным в снижении иммуносупрессивного действия микотоксинов.

Таким образом, наши исследования и обобщение мирового опыта по поддержанию высокой иммунокомпетентности птицы позволили предложить эффек­тивные приёмы для достижения этой цели.

Заключение. Несмотря на то что исследования в области иммунологии активно развиваются, до сих пор остаётся ряд белых пятен на карте иммунитета птицы. В этом отношении иммуносупрессивное действие раз­личных стрессов заслуживает пристального внимания. Используя последние достижения в области нутригеномики и молекулярной биологии витагенов, удалось разработать антистрессовый препарат нового поколе­ния, обеспечивающий организм животных и птицы в условиях стресса специфическими веществами, спо­собными снизить повреждение рецепторов. Это даёт возможность поддерживать высокую иммунокомпетентность и снижать отрицательные последствия раз­личных стрессов, включая микотоксикозы, повышая сохранность и продуктивность сельскохозяйственных животных и птицы.

Источник: журнал «Птицеводство» №5, 2013 г.







 

администрация сайта: ООО «Фаулер»
ждем ваших писем: deneb@webpticeprom.ru

 
птицеводство
Webpticeprom птицеводство
  1. Главная
  2. Статьи про птицеводство
  3. Болезни и лечение птиц
  4. › Иммунитет в современном животноводстве и птицеводстве: от теории к практике иммуномодуляции
 
Болезни и лечение птиц
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
на сайте страниц: 13643