Dr inż. Ryszard Gilewski
Prof. dr hab. Stanisław Wężyk

W intensywnej, wielkotowarowej produkcji kurcząt brojlerów i indyków, antybiotyki były do 2006 r., szeroko stosowane w UE, jako dodatki paszowe, poprawiające tempo wzrostu i produkcyjność. Rozprzestrzenianie się patogenów opornych na antybiotyki, powszechnie stosowane przez lekarzy w odniesieniu do ludzi i zwierząt, spowodowało zakaz stosowania antybiotyków w paszach dla zwierząt w UE i zmniejszone ich wykorzystanie w USA. Ponieważ na producentów drobiu, wywierana jest rosnąca presja ograniczenia stosowania antybiotyków do zwalczania chorób i zwiększenia produkcji, opracowanie tanich, alternatywnych dla antybiotyków środków medycznych, zwalczających chorobotwórcze drobnoustroje w produkcji drobiarskiej, staje się bardzo istotne.

Układ odpornościowy

Wrodzona odporność stanowi pierwszą linię obrony przed zarazkami oraz interakcję między gospodarzem, a jego mikrobiomem. Odporność na komórkowym poziomie jest reakcją immunologiczną, w której pośredniczą nabłonkowe komórki, obecne na powierzchni błony śluzowej i komórki fagocytarne. Odpowiedź lub reakcja odpornościowa, względnie immunologiczna, stanowi całokształt zmian, zachodzących w organizmie pod wpływem kontaktu z antygenem.
Na poziomie molekularnym, wrodzone komórki odpornościowe, wykrywają drobnoustroje receptorami, na podstawie wzorców (PRR), rozpoznających molekularne oznaczenia komórek drobnoustrojów, w tym białek, lipidów i kwasów nukleinowych. PRR rozpoznają również cząsteczki wzorców gospodarza, które wskazują chorobę i uszkodzone komórki. Rozpoznanie zarazka tymi receptorami pobudza mechanizmy obrony komórkowej i produkcję wydzielanych prozapalnych cytokin, ostrzegając inne komórki gospodarza – o zakażeniu, aktywując pobór odpornościowych komórek z krwi, do miejsca zakażenia i wywołując ogólnoustrojową reakcję na chorobę np. gorączkę. Rozpoznawanie patogenów przez PRR, pobudza również mikrobiobójcze mechanizmy wrodzonej odporności, takie jak wytwarzane reaktywne formy tlenu i peptydów przeciwdrobnoustrojowych, poprzez częściową aktywację komórek fagocytarnych (Kogut, 2019).
Mechanizmy obronne nabytej odporności, oparte są o rozpoznanie „obcych” kształtów molekularnych – zwanych antygenami.
Aktywacja adaptacyjnej odporności trwa dłużej, od 3 dni – do kilku tygodni, przez połączenie sygnałów wrodzonego układu odpornościowego z antygenem oraz z rzadko w niej pośredniczącymi, komórkami B i T. Komórki te mają receptory, które rozpoznają obce wzorce molekularne, ale nie rozpoznają patogenu. Sygnały wrodzonej odpowiedzi immunologicznej, ujawniają wybiórcze działanie i aktywację populacji komórek B i T. Działania adaptacyjnej odporności, polegają na wytwarzaniu przeciwciał przez komórki B i zabijaniu cytotoksynami komórek T, zakażonych komórek gospodarza. Aktywacja adaptacyjnej odporności powoduje wytwarzanie pamięciowych komórek B i T, zapewniających dożywotnią, swoistą ochronę, przed kolejnymi zakażeniami patogenem, o tych samych antygenach (Kogut, 2019).

Kształtowanie odporności gospodarza – alternatywą dla antybiotyków

Mimo starań zmierzających do powstrzymanie nasilania się oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe, bakterie z upływem czasu, stają się coraz mniej wrażliwe na biobójcze środki, a liczba nowych antybiotyków – maleje (Kogut, 2019). Niezbędne jest zatem zbadanie u drobiu, nowych paradygmatów terapii przeciw zakaźnej. Skuteczna reakcja immunologiczna gospodarza na zarazki w najwcześniejszych stadiach zakażenia jest kluczowym czynnikiem warunkującym tak oporność, jak i podatność na choroby. Obiecującą metodą kształtowania oporności drobiu są terapie, w których wykorzystywane są naturalne mechanizmy, zwiększające skuteczność leczenia. Ich celem jest zainicjowanie lub wzmocnienie ochronnej odporności przeciwdrobnoustrojowej, przy jednoczesnym ograniczeniu uszkodzenia tkanek, wywołanych stanem zapalnym. Pobudzanie wrodzonej reakcji immunologicznej ma największą możliwość ochrony przed zarazkami przenoszonymi przez żywność, niezależnie od tego, czy są wirusami, bakteriami lub pierwotniakami. Wg Kogut (2019), zalety kształtowania wrodzonej reakcji odpornościowej są następujące:
• szybkie wywołanie reakcji odpornościowej,
• nieokreślona odpowiedź umożliwiająca krzyżową ochronę przed niezwiązanymi z sobą zarazkami,
• różne poziomy terapeutycznych możliwości tj. działanie profilaktyczne, wspomagające, ochronne i wiele innych immunologicznych procesów komórkowych.

Kształtowanie immunologiczne polega na manipulowaniu układem odpornościowym w celu kontrolowania zakażeń i innych niekorzystnych skutków zdrowotnych, by uniknąć powikłań, podczas podejmowania działań wzmacniających zdrowie zwierząt i ludzi. Stymulacja wewnętrznej odporności umożliwia większą skuteczność krzyżowej ochrony przed wieloma rodzajami patogenów.
Przeprowadzono szeroko zakrojone badania nad opracowaniem i oceną aktualnych alternatyw dla antybiotykowych stymulatorów wzrostu, które są również stosowane u drobiu, w tym: prebiotyki/probiotyki, drobnoustroje paszowe, przeciwdrobnoustrojowe preparaty fitochemiczne, obronne peptydy gospodarza, olejki eteryczne, maślan i kwasy organiczne, enzymy paszowe i przeciwciała żółtka.

Kształtowanie odporności żywieniem

Interakcja między żywieniem a odżywianiem i immunologiczną reakcją drobiu – jest bardzo wyraźna. Badania nad ograniczeniem pasz, dostarczyły dalszych informacji na temat wpływu odżywiania na kształtowanie się odporności drobiu. Wpływ żywienia na kształtowanie się odporności, można ująć w siedmiu kategoriach:
1. rozwój układu odpornościowego,
2. substraty komórek odpornościowych,
3. aktywność regulacyjna leukocytów,
4. zmniejszenie patologii immunologicznej,
5. regulacja aktywności hormonalnej,
6. działania fizjologiczne w przewodzie pokarmowym,
7. ograniczenie dostępności składników pokarmowych podczas infekcji (Klasing, 1998).

Immunologia żywieniowa drobiu stała się w ostatniej dekadzie, nową specjalizacją badawczą. Wpływ składników pokarmowych na przewód pokarmowy ptaków i na ogólnoustrojową odporność, jest coraz bardziej rozpoznawany, a korygowanie stanów patofizjologicznych, stało się standardowymi działaniami.
Mimo wielu dowodów o wpływie substancji pokarmowych na odporność drobiu jest stosunkowo niewiele badań nad kształtowaniem odporności ptaków – żywnością, które zakończyły się sukcesem. Część problemu polega na tym, że w większości badań, wykorzystano tylko jeden pomiar immunologiczny, jako wskaźnik skutecznej odporności. Mimo postępów uzyskanych w tej dziedzinie interakcja między procesem odżywczym a układem odpornościowym, jest nadal nierozpoznana. Należy w pełni wyjaśnić specyficzną komórkową i molekularną odporność, wywołaną pokarmowymi składnikami oraz rolę bariery jelitowej i mikroflory, w interakcji między układem odpornościowym a metodą odżywiania ptaka. Nie wyjaśniono dotychczas zależności odporność drobiu, od poziomu odżywiania i składników pokarmowych, od wpływu mikrobiomu przewodu pokarmowego lub skutków nadmiernego spożycia różnych składników odżywczych.

Immunometabolizm

Połączenie układu odpornościowego z przemianą materii, jest nowym kierunkiem badawczym. Odporność i metabolizm, traktowano jako odrębne procesy zachodzące w organizmie. Odporność skupiała się na rozpoznawaniu oporności na zarazek, przedstawiając zestaw aktywnych w tej dziedzinie – komórek i tkanek. Metabolizm natomiast ograniczano wyłącznie do chemicznych procesów, dostarczających energii do realizacji różnych funkcji organizmu – w tym immunologicznych, a przemiana materii była źródłem energii dla układu odpornościowego (Kogut, 2019).
Immunometabolizm dyskutowany jest w produkcji zwierzęcej, choć nie jest on dokładnie określony. Dla producentów drobiu stało się jasne, że skupienie się wyłącznie na maksymalizacji wzrostu ptaków, może mieć szkodliwy wpływ na ich odporność, ponieważ wrodzona reakcja immunologiczna, negatywnie wpływa na wzrost. Ocena połączenia metabolizmu i odporności, winna określić maksymalny wzrost kurcząt i niezliczone powiązania między komórkowymi, sygnałowymi białkami, charakterystycznymi dla immunologicznej lub metabolicznej grupy funkcjonalnej.

Równowaga między wzrostem, odpornością i przemianą materii

Istotą badań łączących odporność i metabolizm w produkcji drobiarskiej było wyjaśnienie, w jaki sposób wzrost reakcji immunologicznej, wpływał na poziom energii i jej transfer z procesu wzrostu – na odporność. Wiadomo, że ptak rozwijający wrodzoną reakcję odpornościową na zakażenie, rośnie wolniej i gorzej wykorzystuje paszę.
Producentów drobiu, niepokoją stany zapalne wywołane paszą. Niektóre składniki pokarmowe, mogą powodować stany zapalne jelit; np. niestrawne składniki pszenicy i żyta u kurcząt, a soi – u ryb. Nadmiar paszy może prowadzić do zmian w reakcji immunologicznej (Klasing, 1988).
Jedna z metod żywienia drobiu, polega na dodanie do paszy egzogennych enzymów, rozbijających niektóre niestrawne i/lub powodujące stany zapalne w jelitach, zmniejszając odpornościową reakcję i przekierowanie jej energii – na wzrost. Obecnie zmierza się do znalezienia naturalnych dodatków, zwiększających odporność drobiu na choroby, albo wpływających na reakcję mikroflory jelitowej gospodarza.
Przeprowadzono wiele badań nad wpływem odporności na odżywianie drobiu (Korver, 2012) oraz zastosowania pre- i probiotycznych składników pokarmowych w celu poprawy jego tempa wzrostu i odporności na choroby.

Wewnątrzkomórkowe interakcje immunometabolizmu

Poszerzone pojęcie immunometabolizmu, łączy szlak wewnątrzkomórkowy między metabolizmem a odpornością. Podobnie jak w innych komórkach odpornościowych, szlaki metaboliczne w odpornościowych komórkach, muszą być tak skonfigurowane, by odpowiadały za różne zjawiska.
Stwierdzono również wpływ przemiany materii, na epigenetyczne przeprogramowanie szlaków odpornościowych – enzymami długowieczności – sirtuinami. Dzięki zintegrowanemu podejściu poszerzono możliwości zwalczania chorób i pogłębiono wiedzę o wpływie procesów metabolicznych na zdrowie.

Podsumowanie

Wielopłaszczyznowy związek, nie jest w stanie powiązać układu immunologicznego z przemianą materii i odżywianiem, wpływając na układ odpornościowy, który z kolei oddziałuje na metabolizm. Założenie, że drób chroni swe zdrowie – odżywiając się, należy rozszerzyć o kolejny element tj. o jego mikroflorę jelitową. Ten biologiczny, wielowątkowy związek, nie jest zależny wyłącznie od gospodarza, ale również od genomowej części jego mikrobiomu.
Mikrobiom zapewnia odporność i aktywizuje metabolizm, wpływając na mikroskładniki odżywcze i bilans energetyczny. Z kolei odporność gospodarza – kształtuje mikrobiom, a poziom żywienia, wpływa na elementy jego obrony i skład komensalnej populacji drobnoustrojów.
Zaburzenie składu mikroflory może powodować zapalenie jelit, na skutek pobudzenia niewłaściwych reakcji odpornościowych. Bakterie komensalne występują głównie na skórze oraz w górnych drogach oddechowych z wyjątkiem zatok, w jamie ustnej, drogach rodnych samic oraz w przewodzie pokarmowym i ich zadaniem jest ochrona organizmu, przed wniknięciem patogenów.
Trwałe zmiany metabolicznego procesu kształtują obronne reakcje gospodarza podczas zakażenia. Mechanizmy te, wpływające na komórki odpornościowe, znane są jako regulacje immunochemiczne i ujawniają w jaki sposób te regulatory immunometaboliczne dostrajają odporność gospodarza.
Metabolity wytwarzane przez mikroflorę jelitową i tkanki metaboliczne, wpływają na reakcje immunologiczne tkanek i na funkcjonowanie układu odpornościowego.
Wykorzystanie zasad immunometabolicznych jest obiecującą metodą zwiększenia odporności przeciwdrobnoustrojowej, jako alternatywy dla antybiotyków. Stwarzają one nową szansę dla immunologii, zwiększając lub ograniczając odporność. Związek między odpornością a metabolizmem, czyli „immunometabolizm”, przedstawia zależność między podstawowymi procesami biochemicznymi tj. metabolizmem składników odżywczych i produkcją energii a funkcjonowaniem leukocytów i przebiegiem procesów immunologicznych (Cichoń i Kołaczkowska, 2017).