Антимикробные пептиды – альтернатива антибиотикам в животноводстве. Часть 1

В последнее время меняется структура потребительского спроса, потребители уделяют безопасности пищевых продуктов повышенное внимание (Heneghan, 2015). Нарушения правил применения антибиотиков спровоцировали развитие таких проблем, как появление резистентных бактерий и переход остатков препаратов в продукцию животноводства (Bacanli and Basaran, 2019).

Устойчивость к противомикробным препаратам – одна из серьезных проблем системы здравоохранения. Ежегодно около 700 000 человек умирают от неконтролируемых инфекций (ВОЗ, 2019 г.). Выделяются 6 патогенов, обладающих высокими мультирезистентностью и вирулентностью:

Хотя передача резистентных штаммов бактерий между животными и человеком до конца не изучена, известно, что у животных, получавших антибиотики-стимуляторы роста, уровень устойчивых к антибиотикам бактерий значительно выше, чем при отказе от этих добавок.

Антимикробные пептиды (PAM = АМП) представляют собой низкомолекулярные молекулы, продуцируемые растительными и животными клетками, обладающие высокой биологической активностью в отношении бактерий, вирусов и грибков (Lai and Gallo, 2009). АМП являются частью естественной врожденной иммунной системы животных, а у растений образуют защитную систему, похожую на врожденный иммунитет животных, защищающую от болезней и вредителей (Gabay, 1994; Boman, 1995; Gallo et al., 2002).

АМП имеют общие черты: «наличие четных остатков цистеина, соединенных дисульфидными связями, придает им высокую стабильность» (Broekaert et al., 1997). Кроме того, их аминокислотный состав, амфипатичность (наличие у молекул как гидрофильных, так и гидрофобных участков — п.п.), спиральная форма, катионность (плотность положительных зарядов в соединении — п.п.) и размер позволяют их молекулам внедряться в липидные мембраны, вызывая гибель целевого микроорганизма (Lorenzon et al., 2012; Vicente et al., 2013). Их основное преимущество – эффективность против полирезистентных бактерий. Zhang and Sack (2012) продемонстрировали, что АМП могут ингибировать устойчивые к метициллину бактерии, в первую очередь, Streptococcus aureus и P. aeruginosa, слабовосприимчивых к большинству противомикробных препаратов. АМП могут обеспечивать защиту с помощью различных механизмов: нарушения плазматических мембран патогенов, поддержания нормального гомеостаза кишечника организма-хозяина, модулирования воспалительных реакций хозяина (Wang et al., 2015; Cespedes et al., 2012).

Синергизму между традиционными антибиотиками и АМП в настоящее время посвящено довольно мало работ (Magana et al., 2020).

В свиноводстве диарея после отъема – серьезная проблема для производства из-за увеличения падежа и снижения показателей роста. Около 50% смертности поросят от диареи вызвано энтеротоксигенной кишечной палочкой (ETEC) (Cutler et al., 2007). По данным Министерства сельского хозяйства США (USDA, 2018), 95,5% свиноферм в стране включает субтерапевтические дозы антибиотиков в рацион молодняка. Несмотря на это, сообщается о высокой заболеваемости диареей, что неудивительно, поскольку у штаммов ETEC очень часто наблюдается широкий спектр устойчивости к антибиотикам (Lanz et al., 2003; Maynard et al., 2004).

Альтернативой традиционным антибиотикам могут выступать колицины – группа бактерицидных пептидов, продуцируемых штаммами Escherichia coli. Исследования показали, что колицины эффективны против ETEC свиней in vitro (Cutler et al., 2007), а также против широкого спектра штаммов E. coli (Lanz et al., 2003). Колицины не связаны с какими-либо антибиотиками, используемыми в медицине и ветеринарии, и безопасны в плане производства продукции (Cutler et al., 2007).

Также используют синтетические АМП – A3 и P5. Yoon et al. (2012) в опыте на свиньях оценили в опыте разные уровни ввода А3 (0, 60 и 90 мг/кг рациона) в качестве альтернативы антибиотикам. В исследовании рассматривались темпы роста, переваримость рациона и здоровье кишечника поросят-отъемышей. Было выявлено линейное улучшение показателей живой массы и среднесуточного привеса, также наблюдали линейное повышение переваримости сухого вещества и сырого протеина рациона. Не выявлено различий между популяциями анаэробных бактерий подвздошной кишки, Clostridium spp. и колиформных бактерий по сравнению с использованием традиционных антибиотиков.

В другой работе Yoon et al. (2014) протестировали АМП A3 и P5 с отрицательным (без антибиотика) и положительным (антибиотик) контролями. Они обнаружили, что оба АМП улучшают показатели роста, усвояемость питательных веществ и морфологию кишечника.

Цекропин, АМП, выделенный из массы гусениц тутового шелкопряда Hyalophora cecropia, также был изучен на свиньях. Ву et al. (2012) оценили цекропин и традиционный антибиотик на свиньях, пораженных колибактериозом. Результаты показали, что у животных, получавших цекропин, улучшалась продуктивность и снижалась частота развития диареи, действие добавки было аналогично применению антибиотиков.

Выделяется несколько стратегий использования АМП для замены антибиотиков-стимуляторов роста, однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы описать точный механизм их действия in vivo.