Лактобактерии, полученные от свиноматок, улучшают аппетит свиней, снижая концентрацию провоспалительных цитокинов

Современное свиноводство сталкивается с серьезной проблемой — недостаточным потреблением корма свиноматками в период лактации. Этот фактор напрямую влияет на продуктивность животных, их здоровье и жизнеспособность приплода. На протяжении десятилетий ученые изучают механизмы, лежащие в основе регуляции аппетита, и все больше доказательств указывает на ключевую роль микробиоты кишечника в этом процессе.

Предыдущие исследования показали, что определенные виды бактерий, в частности Lactobacillus mucosae LM1 и Lactobacillus amylovorus, играют важную роль в регуляции потребления корма у лактирующих свиноматок. Однако до сих пор оставался открытым вопрос о том, каким именно образом эти микроорганизмы влияют на аппетит. Новое исследование, проведенное на свиноматках, поросятах-отъемышах и безмикробных мышах, позволило не только подтвердить эту взаимосвязь, но и раскрыть молекулярные механизмы, лежащие в ее основе.

Связь между микробиотой и потреблением корма

В первой части исследования ученые отобрали 49 свиноматок со сходными физиологическими параметрами: одинаковой толщиной шпика, порядковым номером опороса и исходным размером помета. Животных разделили на две группы в зависимости от среднесуточного потребления корма в период лактации. В группу с высоким потреблением (группа H) вошли 26 свиноматок, которые съедали в среднем 6,37 кг корма в сутки, тогда как в группе с низким потреблением (группа L) 23 свиноматки потребляли лишь 4,85 кг в сутки. Такое различие в кормовой активности ожидаемо сказалось и на продуктивности: поросята от свиноматок из группы H имели значительно большую массу при отъеме и более высокие среднесуточные приросты.

Чтобы понять, чем различается микробиота кишечника у животных с разным аппетитом, исследователи проанализировали образцы фекалий, взятые на 110-й день супоросности, а также на 7-й и 21-й дни лактации.

Наиболее значимые различия проявились на 110-й день беременности. У свиноматок из группы с низким потреблением корма относительная численность бактерий типа протеобактерий была значительно выше, чем у животных с хорошим аппетитом. Эти бактерии часто ассоциируются с воспалительными процессами в кишечнике. Более того, у свиноматок из группы L была обнаружена более высокая концентрация эндотоксина в фекалиях — маркера повышенной проницаемости кишечной стенки и системного воспаления.

В противоположность этому, у свиноматок с высоким потреблением корма на 7-й день лактации доминирующим штаммом оказался Lactobacillus mucosae. Также в этой группе наблюдалось значительное увеличение численности Lactobacillus johnsonii. Эти данные позволили предположить, что именно лактобактерии, и в особенности L. mucosae и L. amylovorus, могут играть защитную роль, снижая уровень воспаления и способствуя нормализации аппетита.

Выделение и характеристика перспективных штаммов

Основываясь на результатах анализа микробиоты, исследователи выделили из фекалий свиноматок с высоким потреблением корма три штамма лактобактерий: Lactobacillus amylovorus 1 (L.A1), Lactobacillus amylovorus 2 (L.A2) и Lactobacillus mucosae (L.M). Эти штаммы были тщательно изучены in vitro и с помощью полногеномного секвенирования.

Эксперименты показали, что все три штамма обладают высокой устойчивостью к кислой среде и желчным солям — важнейшими свойствами, позволяющими бактериям выживать при прохождении через желудочно-кишечный тракт и успешно колонизировать кишечник. Полногеномный анализ подтвердил их пробиотический потенциал. В геномах этих бактерий были обнаружены гены, кодирующие факторы адгезии, что способствует их прикреплению к стенке кишечника, а также множество генов, участвующих в метаболизме углеводов и энергетическом обмене. Кроме того, были идентифицированы гены стрессоустойчивости, позволяющие бактериям противостоять неблагоприятным условиям окружающей среды.

Влияние лактобактерий на аппетит и воспаление: эксперименты на животных

Чтобы подтвердить причинно-следственную связь между выделенными штаммами и регуляцией аппетита, были проведены два эксперимента по пероральному введению бактерий: на поросятах-отъемышах и на безмикробных мышах.

Эксперимент на поросятах. Поросята в возрасте 28 дней, которые особенно чувствительны к стрессу отъема и часто страдают от снижения аппетита, были разделены на группы. Одни получали контрольный рацион, другие — рацион с добавлением отдельных штаммов (L.A1, L.A2, L.M) или их смеси. Результаты показали, что добавление L. amylovorus 1 значительно повышало среднесуточное потребление корма и способствовало увеличению среднесуточных приростов живой массы. Смесь трех штаммов улучшала конверсию корма.

Анализ крови поросят выявил важные изменения в иммунном статусе. На 14-й день эксперимента у животных, получавших L.A1, были значительно снижены уровни провоспалительных цитокинов: интерлейкина-1β, интерлейкина-6, фактора некроза опухоли-альфа и трансформирующего фактора роста-бета. У группы, получавшей L.A2, также снизился уровень интерлейкина-1β. Эти данные свидетельствуют о мощном противовоспалительном действии выделенных штаммов. Кроме того, у поросят, получавших штаммы L.A1, L.A2 и L.M, было зафиксировано повышение концентрации глюкагоноподобного пептида-1 (ГПП-1) в плазме крови. ГПП-1 — это ключевой гормон, который сигнализирует мозгу о насыщении и регулирует аппетит.

Эксперимент на безмикробных мышах. Для более глубокого изучения механизмов, исключающих влияние собственной микробиоты, исследователи использовали модель безмикробных мышей. Эти животные были колонизированы либо отдельным штаммом L.A1, либо смесью трех штаммов. Результаты подтвердили успешную колонизацию кишечника введенными бактериями. Смесь штаммов привела к увеличению массы тела мышей и тенденции к улучшению конверсии корма.

Как и в эксперименте на поросятах, у мышей, получавших смесь штаммов, наблюдалось значительное повышение уровня ГПП-1 в плазме крови. Однако ключевым открытием стал анализ экспрессии рецепторов к этому гормону. Иммунофлуоресцентное окрашивание тканей толстой кишки показало, что количество клеток, несущих рецептор ГПП-1 (GLP-1r), у мышей, получавших как отдельный штамм L.A1, так и смесь штаммов, было значительно ниже, чем в контрольной группе.

На первый взгляд, это может показаться противоречивым: гормона насыщения становится больше, а его рецепторов — меньше. Однако с точки зрения физиологии это имеет глубокий смысл. ГПП-1 не только передает сигнал сытости, но и замедляет опорожнение желудка. Уменьшение количества рецепторов позволяет снизить этот тормозной эффект, ускоряя прохождение пищи по желудочно-кишечному тракту и стимулируя аппетит. Таким образом, лактобактерии оказывают двойное действие: они повышают уровень самого ГПП-1, что, вероятно, способствует снижению системного воспаления, и одновременно снижают чувствительность к его насыщающему эффекту, что в итоге приводит к увеличению потребления корма.

Обсуждение полученных результатов

Полученные данные позволяют выстроить стройную картину того, как микробиота кишечника влияет на аппетит. У свиноматок с низким потреблением корма наблюдается дисбиоз, характеризующийся избыточным ростом протеобактерий и повышением уровня эндотоксина. Это ведет к хроническому воспалению низкой степени тяжести, которое негативно сказывается на общем состоянии организма и, вероятно, на центрах регуляции аппетита в мозге.

Напротив, высокая численность лактобактерий, в частности L. amylovorus и L. mucosae, ассоциируется с низким уровнем воспаления и хорошим аппетитом. Выделенные из таких животных штаммы обладают не только высокой выживаемостью и колонизационной способностью, но и способностью модулировать иммунный ответ и гормональную регуляцию.

Исследование показало, что эти штаммы действуют по крайней мере по двум направлениям:

Снижение воспаления: они уменьшают концентрацию провоспалительных цитокинов, таких как интерлейкин-1β и фактор некроза опухоли-альфа, что способствует общему оздоровлению организма и, возможно, улучшает сигнальные пути, связанные с аппетитом.

Модуляция гормональных сигналов: они повышают уровень ГПП-1, который, помимо участия в регуляции аппетита, обладает противовоспалительными свойствами. Одновременно, снижая количество рецепторов GLP-1r в кишечнике, эти бактерии ослабляют тормозящее влияние ГПП-1 на моторику желудочно-кишечного тракта, что способствует более быстрому его опорожнению и, как следствие, увеличению потребления пищи.

Синергетический эффект, наблюдаемый при использовании смеси штаммов, особенно на модели безмикробных мышей, указывает на то, что комбинация различных лактобактерий может быть более эффективной, чем применение одного штамма. Вероятно, разные виды лактобактерий могут оказывать взаимодополняющее действие, например, один штамм создает благоприятную среду для колонизации другого, что в итоге приводит к более выраженному положительному эффекту.

Заключение

Это исследование раскрывает важные механизмы взаимодействия между кишечной микробиотой и организмом хозяина в регуляции аппетита. Оно демонстрирует, что ключевая роль принадлежит не просто наличию, а конкретным видам лактобактерий — Lactobacillus amylovorus и Lactobacillus mucosae. Эти бактерии не только способствуют снижению системного воспаления за счет подавления провоспалительных цитокинов, но и модулируют гормональную систему, регулирующую чувство голода и насыщения, через воздействие на уровень глюкагоноподобного пептида-1 и экспрессию его рецепторов.

Таким образом, полученные результаты открывают новые перспективы для разработки пробиотических препаратов, направленных на увеличение потребления корма у лактирующих свиноматок, что позволит повысить эффективность свиноводства.


Источник: Animal Nutrition