Последствия скармливания поросятам кормов, естественным образом контаминированных дезоксиниваленолом, зеараленоном или их комбинацией
Статья предоставлена компанией «Оллтек»
Общеизвестно, что контаминация кормов для сельскохозяйственных животных, в том числе свиней, микотоксинами приводит к огромным финансовым потерям (Stoev, 2013). Среди множества известных науке микотоксинов особую опасность представляют дезоксиниваленол (ДОН) и зеараленон — вторичные метаболиты различных плесневых грибов рода Fusarium (Ma et al., 2018). Скармливание кормов, контаминированных ДОНом и зеараленоном, может привести как к острым клиническим проявлениям, так и к долгосрочным последствиям в зависимости от концентрации микотоксинов и продолжительности их поступления в организм (Yang et al., 2020).
Опасность контаминации корма микотоксинами
Свиньи очень чувствительны к ДОНу, который может вызывать снижение потребления корма, прироста живой массы, провоцировать развитие гастроэнтерита, оказывать негативное влияние на иммунитет, в том числе ухудшая выработку антител после вакцинации и т. д. (Alizadeh et al., 2015; Savard et al., Li et al., 2018). Поросята особенно восприимчивы к этому микотоксину. На клеточном уровне действие ДОНа проявляется ингибированием синтеза белков, ДНК, РНК (Tang et al., 2019).
Результаты многочисленных исследований показали, что ДОН вызывает целый ряд негативных изменений в кишечнике: воспалительные реакции, нарушение целостности клеточной мембраны и индукцию апоптоза (Pinton et al., 2009; Wang et al., 2018).
Зеараленон — еще один представитель фузариевых микотоксинов. Он часто встречается в зерне кукурузы, продуктах его переработки и в других зерновых культурах, включая пшеницу и ячмень. Установлено, что зеараленон конкурирует с 17β-эстрадиолом за связывание с эстрогеновыми рецепторами. Это служит причиной ухудшения репродуктивной способности и приводит к поражению половых органов животных (Yang et al., 2018).
Кроме того, зеараленон оказывает отрицательное влияние на пищеварительную систему животных, приводя к нарушению целостности кишечника и ухудшая функционирование эпителиальных клеток (Marin et al., 2015; Przybylska-Gornowicz et al., 2018). В научной литературе есть данные, свидетельствующие о том, что даже в низких дозах зеараленон может вызывать воспалительный ответ и ухудшать морфологию кишечника свиней (Pistol et al., 2014; Przybylska-Gornowicz et al., 2015; Lewczuk et al., 2016).
Одновременное поступление в организм свиней ДОНа и зеараленона может иметь синергический эффект, проявление которого зависит от концентраций микотоксинов и их соотношения (Wan et al., 2013; Przybylska-Gornowicz et al., 2018). Кроме того, оба микотоксина достаточно быстро всасываются в верхних отделах тонкого кишечника (Danicke et al., 2004).
Методика исследования
Цель описываемого исследования — оценка долгосрочных последствий скармливания поросятам кормов, естественным образом контаминированных ДОНом и зеараленоном. В ходе эксперимента 21‑дневных гибридных свинок ландрас × йоркшир (80 голов) средней живой массой 6,45 кг методом аналогов разделили на четыре группы: контрольную и три опытные (по пять станков в каждой группе по четыре свинки в одном станке).
С 21‑го по 42‑й день жизни (первый экспериментальный период) поросята контрольной группы получали стандартный рацион согласно рекомендациям NRC, сверстники опытных групп — стандартный рацион, дополнительно контаминированный ДОНом (1000,6 мкг/кг), зеараленоном (269,1 мкг/кг) либо комбинацией этих микотоксинов (1007,5 и 265,4 мкг/кг соответственно). Для достижения необходимого уровня контаминации в рационы включали зерно ячменя, естественным образом контаминированное ДОНом, и зерно кукурузы, естественным образом контаминированное зеараленоном.
С 43‑го по 56‑й день жизни (второй экспериментальный период) поросята всех групп получали контрольный рацион, не содержавший источников дополнительной контаминации микотоксинами. Доступ животных к кормам и воде не ограничивали на протяжении всего эксперимента.
Влияние на продуктивность
Скармливание поросятам кормов, одновременно контаминированных ДОНом и зеараленоном, в период с 21‑го по 42‑й день привело к достоверному снижению как потребления корма, так и приростов живой массы (р < 0,05). Полученные результаты представлены на рисунке 1.
Во второй экспериментальный период, с 43‑го по 56‑й день жизни, поросятам всех групп задавали стандартный рацион без дополнительной контаминации микотоксинами. После одновременного поступления ДОНа и зеараленона в организм животных в период с 21‑го по 42‑й день тенденция (р < 0,061) к снижению среднесуточного прироста живой массы сохранялась даже тогда, когда поросятам давали корма, не содержащие ДОН и зеараленон (рис. 2).
Воспалительные процессы в тканях кишечника
Желудочно-кишечный тракт — первая линия защиты организма, с которой вступают в контакт находящиеся в кормах микотоксины. Для оценки влияния ДОНа, зеараленона или их комбинации на иммунные процессы в тканях тощей кишки в ходе исследования определяли как концентрацию провоспалительных цитокинов, так и уровень экспрессии генов, кодирующих их синтез (цитокины — обобщенное название обширной группы небольших белковых молекул, играющих важную роль в обеспечении передачи сигнала между клетками и вовлеченных во множество иммунных процессов).
Скармливание поросятам контаминированных микотоксинами кормов в течение трех недель (с 21‑го по 42‑й день жизни) привело к увеличению синтеза провоспалительных цитокинов в тощей кишке. Воздействие каждого микотоксина по отдельности, а также их комбинации вызывало воспалительный ответ. Об этом свидетельствуют достоверные данные по изменению концентрации (таблица) и экспрессии (рис. 3) провоспалительных цитокинов в тощей кишке поросят.
Отмечено, что даже с 43‑го по 56‑й день в тощей кишке поросят третьей опытной группы, ранее получавших корма, одновременно контаминированные ДОНом и зеараленоном, уровень экспрессии провоспалительных цитокинов TNF-α и IL-6 достоверно сохранился на более высоком уровне (р < 0,05), чем в тощей кишке животных контрольной группы (см. рис. 3).
Цвет ячеек гистограммы условно отражает изменения в экспрессии генов: уровень экспрессии каждого цитокина в тощей кишке поросят контрольной группы приняли за единицу. Уровень экспрессии каждого цитокина в тощей кишке аналогов первой, второй и третьей опытных групп представлен показателями, определенными относительно уровня экспрессии мРНК соответствующего цитокина в тощей кишке животных контрольной группы.
Полученные данные свидетельствуют о том, что потребление поросятами контаминированных несколькими микотоксинами кормов может оказывать долгосрочное влияние на воспалительные процессы в кишечнике даже после перевода животных на рационы, не контаминированные микотоксинами.
Ранее было проведено большое количество исследований по влиянию ДОНа на кишечный эпителий. Доказано, что при скармливании контаминированных ДОНом кормов в тощей кишке усиливается синтез провоспалительных цитокинов (Becker et al., 2011; Bracarense et al., 2012; Cano et al., 2013).
Зеараленон достаточно хорошо изучен. Он негативно влияет на репродуктивную функцию животных, но некоторые авторы сообщают о том, что его наличие в кормах также может усугублять проявление воспалительного ответа за счет повышения экспрессии провоспалительных цитокинов (Wan et al., 2013; Taranu et al., 2014; Liu et al., 2018). В ходе описываемого эксперимента установлено, что комбинация ДОНа и зеараленона оказала наиболее выраженное долгосрочное отрицательное воздействие на кишечный эпителий поросят.
Влияние на синтез белков плотных контактов
Белки плотных контактов — специализированные межклеточные белки, выполняющие структурную роль и обеспечивающие связь между смежными клетками. Белки плотных контактов препятствуют проникновению воды и прочих веществ через межклеточное пространство в просвет кишечника, а также защищают внутреннюю среду организма от внедрения патогенных микроорганизмов через межклеточное пространство.
Известно, что вследствие воздействия многих микотоксинов нарушается целостность кишечного эпителия. В описываемом исследовании определяли влияние ДОНа, зеараленона и комбинации этих микотоксинов на экспрессию клаудина-4 и Е-кадгерина (белки плотных контактов) в кишечном эпителии.
По итогам первых трех недель экспериментального кормления (с 21‑го по 42‑й день жизни) отмечено, что в кишечном эпителии поросят, получавших корма, контаминированные ДОНом и (или) зеараленоном, уровень экспрессии клаудина-4 достоверно (р < 0,05) снизился. В кишечном эпителии животных, потреблявших контаминированные зеараленоном и одновременно ДОНом и зеараленоном корма, уровень экспрессии E-кадгерина был самым низким (р < 0,05).
В конце второго экспериментального периода (с 43‑го по 56‑й день жизни) было отмечено, что после того, как животные всех групп в течение двух недель получали контрольный рацион, в эпителии кишечника поросят, ранее потреблявших контаминированные корма, экспрессия Е-кадгерина восстановилась и достигла уровня экспрессии этого же белка в эпителии кишечника аналогов контрольной группы. Однако в эпителии кишечника животных, с 21‑го по 42‑й день получавших контаминированные ДОНом и одновременно ДОНом и зеараленоном корма, уровень экспрессии клаудина-4 был ниже, чем в эпителии кишечника поросят контрольной группы (р < 0,05).
Данные описываемого эксперимента согласуются с данными других подобных исследований: авторы сообщают о достоверном снижении экспрессии белков плотных контактов Е-кадгерина, клаудина-4 и окклюдина в эпителии тонкого кишечника свиней (Pinton et al., 2009; Bracarense et al., 2012).
Результаты многих исследований также продемонстрировали, что провоспалительные цитокины участвуют в регуляции экспрессии белков плотных контактов кишечного эпителия (Patrick et al., 2006; Al-Sadi et al., 2009; Suzuki, 2013). Например, было установлено, что IFN-γ совместно с TNF-α снижает экспрессию некоторых белков плотных контактов, вследствие чего барьерная функция кишечника ухудшается (Patrick et al., 2006).
Данные описываемого исследования согласуются с данными проведенных ранее экспериментов, поскольку обусловленное ДОНом и зеараленоном повышение экспрессии провоспалительных цитокинов (TNF-α, IL-1γ, IL-6) в тощей кишке совпало со снижением экспрессии белков плотных контактов. Вероятно, ДОН и (или) зеараленон сначала провоцируют выработку в кишечном эпителии провоспалительных цитокинов, которые впоследствии подавляют синтез белков плотных контактов (Suzuki, 2013).
Влияние на кишечный микробиом
Кишечный микробиом — сложное и многообразное сообщество бактерий, населяющих кишечный тракт (Rautava et al., 2012). Видовой состав, количество и соотношение различных микроорганизмов зависят от большого числа факторов, особенно алиментарных. При этом сам микробиом в значительной степени влияет на здоровье и продуктивность животных (Liew, Mohd-Redzwan, 2018). Так, результаты эксперимента, проведенного учеными научно-исследовательского университета Техаса (Aviles-Rosa et al., 2019), показали, что лишение новорожденных поросят доступа к фекалиям свиноматок оказывает долгосрочное негативное влияние на иммунитет и продуктивность молодняка. Это свидетельствует о важнейшем значении раннего заселения кишечника поросят здоровой микрофлорой, получаемой ими от матерей.
В описываемом эксперименте определяли влияние скармливания исследуемых микотоксинов на распространенность популяций некоторых бактерий (E. сoli, Lactobacillus, Bifidobacterium) в химусе слепой кишки поросят. Потребление с 21‑го по 43‑й день жизни кормов, контаминированных как ДОНом, так и зеараленоном, оказало достоверное влияние на популяции исследуемых бактерий. Отмечено, что количество E. coli увеличилось, в то время как число Lactobacillus и Bifidobacterium уменьшилось.
Одновременное поступление в организм ДОНа и зеараленона еще больше усугубляло эффекты, которые наблюдали при попадании в организм поросят только одного из этих микотоксинов (рис. 4).
По окончании второго экспериментального периода (с 43‑го по 56‑й день жизни), когда поросята всех групп потребляли контрольные рационы, некоторые из ранее отмеченных изменений в микробиоме сохранились: в химусе слепой кишки поросят третьей опытной группы количество E. coli достоверно возросло, а в химусе слепой кишки животных первой, второй и третьей опытных групп число Lactobacillus достоверно уменьшилось.
Выводы
Результаты описанного исследования продемонстрировали: несмотря на то что контаминация кормов для поросят только ДОНом (1000 мкг/кг) или зеараленоном (265 мкг/кг) не повлияла на показатели продуктивности, одновременное поступление обоих микотоксинов в организм отрицательно сказалось на среднесуточных приростах живой массы и на потреблении корма. Это свидетельствует о наличии синергетического эффекта между ДОНом и зеараленоном. Их совместное действие на кишечный микробиом оказалось сильнее, чем влияние каждого из микотоксинов по отдельности.
При комбинации ДОНа с зеараленоном токсические эффекты, выражавшиеся в увеличении воспалительного ответа в тощей кишке поросят и уменьшении экспрессии некоторых белков плотных контактов, сохранились даже через две недели после перевода животных с контаминированных микотоксинами рационов на контрольные.
Таким образом, доказано, что низкий уровень контаминации кормов для молодняка свиней ДОНом и зеараленоном не считается безопасным даже при отсутствии у поросят каких‑либо клинических проявлений. Постоянное поступление в организм ДОНа и (или) зеараленона даже в низких концентрациях может приводить к повреждению кишечника, что негативно сказывается на здоровье животных.
Статья опубликована в журнале Toxicology в 2020 г. (Ru Jia, Wenbin Liu, Lihong Zhao, Lirong Cao, Zhuoyu Shen).
ООО «Оллтек»
105062, Москва, Подсосенский пер., д. 26, стр. 3
Тел.: +7 (495) 258‑25‑25
E-mail: russia@alltech.com
www.alltech.com/russia
