Антимикробные пептиды – альтернатива антибиотикам в животноводстве. Часть 2

В первой части материала рассматривались антимикробные пептиды (PAM = АМП), представляющих собой молекулы, синтезируемые животными и растительными клетками и обладающие высокой биологической активностью против бактерий, вирусов и грибков. Было описано их применение в свиноводстве. В данной публикации показана роль АМП в скотоводстве и птицеводстве.

Рубец – важнейший орган ферментации питательных веществ кормов, при этом производятся различные конечные продукты, особое значение имеют короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК) и микробный белок – источник энергии и протеина для жвачных (Kristensen et al., 2005). Следовательно, чем эффективнее рубец работает, тем больше синтезируется конечных продуктов, по этой причине в последние годы активно ведутся исследования протекающих в нем процессов. Антибиотики в скотоводстве могут положительно влиять на активность рубца, однако, как и в свиноводстве, их долгосрочное использование негативно действует и на животных, и на потребителей продукции (Cheema et al., 2011). Поэтому их пытаются заменить безопасными альтернативными добавками. В организме жвачных, как и других животных, продуцируется множество АМП, которые действуют как врожденные естественные барьеры, предотвращающие инфекционные заболевания, их молекулы имеют разные размеры и механизмы действия (Brogden et al., 2003). Основные группы АМП у жвачных:

Эти пептиды также обладают противовирусной и противогрибковой активностью (Jenssen et al., 2009). Некоторые грамположительные бактерии рубца могут продуцировать бактериоцины, ингибиторы других видов бактерий (Brogden et al., 1997).

Учитывая потенциал АМП против патогенных микроорганизмов, они представляют интерес в различных областях научных исследований. Например, респираторно-синцитиальная вирусная инфекция КРС считается опасным заболеванием из-за высоких экономических потерь. Комплекс респираторных заболеваний КРС (BRDC) – одна из основных проблем животноводства, болезни вызывают Mannheimia haemolytica, Histophilus somni, Pasteurella multocida. Трахеальный антимикробный пептид КРС (ТАП) является естественным защитным механизмом (Siracusa, 2018; Vulikh et al., 2019). Синтетический ТАП в опытах использовали при прямом назальном введении, однако результаты пока неоднозначны из-за нестабильности и деградации пептидов на слизистой оболочке носовых ходов (Vulikh et al., 2019). Поэтому в настоящее время актуальны разработка специальных носителей пептидов, защищающих их от дестабилизации или деградации, и испытания против целевых патогенов.

Одна из ключевых проблем птицеводства — заражение Salmonella spp., сальмонеллезом болеют и люди (Narushin et al., 2020). Защитные механизмы кур и яичного, и мясного направлений продуктивности изучают уже несколько лет. В результате АМП кур разделили на 2 большие группы — дефенсины и CATH (Akbari et al., 2008).

Дефенсины состоят из 18-45 аминокислот, особенно богаты цистином. Они эффективны против бактерий, некоторых грибков, простейших и даже вирусов (Sugiarto and Yu, 2004), а также оказывают иммуномодулирующее и противовоспалительное действие, способствуют регенерации кожных ран (Xiao et al., 2020). β-дефензины птицы (AvD) продуцируются при активации соответственных генов в ответ на факторы среды. Выявлено, что яйца содержат антимикробные белки и β-дефенсины. Кроме того, обнаружено, что широкий спектр катионно-активных АМП, в т.ч. галлинацины, способен взаимодействовать с клеточной мембраной патогенов. Многие из этих веществ эффективны против биопленки из патогенов (Arena et al., 2020). Галинацин 11 у кур хорошо подавляет S. typhimurium и Listeria monocytogenes (Higgs et al., 2005). Некоторые цератотоксины имеют значительную активность против полирезистентных штаммов бактерий (Roque-Borda et al., 2021a).

Исследование Ma et al. (2020) показало, что у цыплят на регуляцию синтеза АМП влияет применение пробиотиков, взаимосвязь оказалась обратной: экспрессия генов, ответственных за синтез АМП, снижалась по мере увеличения концентрации пробиотиков. Однако этот вопрос требует дальнейших исследований (Schlee et al., 2008; Akbari et al., 2008).

Представляет интерес применение культуры дрожжей, в которой повышена экспрессия генов, кодирующих АМП (Zhang et al., 2020).

Также изучались лактобациллины (Xu et al., 2020), представляющие собой полипептиды, обладающие противомикробной активностью. Они вырабатываются молочнокислыми бактериями (МКБ). Lactobacillus bacteriocin plantaricin K (PlnK) – представитель данной группы веществ. Этот пептид имеет высокое селективное действие против патогенов и не влияет на нормальное разнообразие кишечной микрофлоры (Xu et al., 2020).

АМП применяются в консервации пищевых продуктов уже более 25 лет. Наиболее изучены бактериоцины, продуцируемые лактобактериями (Kareem and Razavi, 2020).

В животноводстве требуются эффективные и безопасные добавки для повышения продкутивности и предотвращения падежа от инфекций. Широкое применение антибиотиков дает неприятные побочные эффекты – появление полирезистентных штаммов микробов, риски для здоровья человека. Антимикробные пептиды продемонстрировали свою перспективность, они отличаются высокой биологической активностью и действенны против многих патогенов.