Immunmodulationspotenzial von Probiotika: Eine neuartige Strategie zur Verbesserung der Gesundheit, Immunität und Produktivität von Nutztieren Teil 1

Abstrakt:

Im letzten Jahrzehnt hat der Einsatz von Probiotika als Futterergänzungsmittel in der Tierproduktion aufgrund des Verbots antibiotischer Wachstumsförderer in Nutztieren erheblich zugenommen. Diese Übersicht bietet einen Überblick über die aktuelle Situation, Einschränkungen und Aussichten für probiotische Formulierungen, die bei Nutztieren angewendet werden. Kürzlich wurde vorgeschlagen, dass der Einsatz von Probiotika bei Nutztieren deren Gesundheit, Immunität, Wachstumsleistung, Nährstoffverdaulichkeit und mikrobielles Gleichgewicht im Darm deutlich verbessert.

Darüber hinaus wurde berichtet, dass der Einsatz von Probiotika bei Tieren dazu beitrug, ihre vorteilhafte Mikrobenpopulation und den Mikrobenumsatz auszugleichen, indem sie die Immunantwort des Wirts durch spezifische Sekrete und den kompetitiven Ausschluss potenziell pathogener Bakterien im Verdauungstrakt stimulierten. In letzter Zeit besteht großes Interesse am Verständnis der gezielten Ernährung von Probiotika und ihrer Fähigkeit, mit schädlichen Mikroben zu konkurrieren und ihre Nischen zu erobern.

Daher untersucht die vorliegende Übersicht die am häufigsten verwendeten probiotischen Formulierungen in Nutztierfutter und ihre Auswirkungen auf die Tiergesundheit. Zusammenfassend bietet dieser Artikel fundiertes Wissen über die Formulierung von Probiotika als Schritt hin zu einer besseren Alternative zu Antibiotika-Strategien für gesundes Wachstum.

Nützliche Mikroorganismen beziehen sich auf Mikroorganismen, die im menschlichen Körper leben und sich positiv auf die menschliche Gesundheit auswirken, wie z. B. Milchsäurebakterien, Bifidobakterien usw. Sie können das Gleichgewicht der Darmflora regulieren, die Darmgesundheit aufrechterhalten, die Verdauung und Absorption von Nahrungsmitteln fördern und eine Rolle spielen Rolle bei der Verbesserung der Immunität. wichtige Rolle.

Unter Immunität versteht man die Fähigkeit des menschlichen Körpers, dem Eindringen fremder Krankheitserreger zu widerstehen, und das Immunsystem ist ein wichtiger Teil der Gewährleistung des normalen Funktionierens der Immunität. Es besteht ein enger Zusammenhang zwischen Darmflora und Immunität. Im Darm können nützliche Mikroben die Immunität auf verschiedene Weise verbessern, wie zum Beispiel:

1. Nützliche Mikroorganismen können das Wachstum pathogener Bakterien hemmen, die Invasion des menschlichen Körpers reduzieren und so das Immunsystem schützen.

2. Nützliche Mikroorganismen können die Reaktion des Immunsystems stimulieren, die Fähigkeit verbessern, pathogene Bakterien zu erkennen und anzugreifen und die Immunität zu stärken.

3. Nützliche Mikroorganismen können das Wachstum von Darmschleimhautzellen fördern, die Darmbarrierefunktion verbessern, verhindern, dass schädliche Substanzen in den Blutkreislauf eindringen, und die Belastung des Immunsystems verringern.

Daher kann die Aufrechterhaltung eines Gleichgewichts nützlicher Mikrobenpopulationen im Darm dazu beitragen, die Immunität zu stärken und das Auftreten von Krankheiten zu verringern. Gleichzeitig können Menschen durch eine Ernährungsumstellung und eine entsprechende Ergänzung mit Probiotika das Wachstum nützlicher Mikroorganismen fördern, um das Ziel der Verbesserung der Immunität zu erreichen. Unter diesem Gesichtspunkt müssen wir unsere Immunität verbessern. Cistanche kann die Immunität deutlich verbessern. Fleischasche enthält eine Vielzahl biologisch aktiver Inhaltsstoffe wie Polysaccharide, zwei Pilze und Huangli usw. Diese Inhaltsstoffe können das Immunsystem stimulieren. Verschiedene Zelltypen erhöhen ihre Immunaktivität.

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Schlüsselwörter:

antimikrobiell; Vieh; gesunde Wachstumsstrategie; Probiotika; immunregulatorische Wirkung von Probiotika.

1. Einleitung

Antibiotikaresistenzen stellen ein globales Gesundheitsproblem dar, das jedes Jahr zu Zehntausenden Todesfällen führt. Darüber hinaus steigt die weltweite Nachfrage nach Fleisch und Milchprodukten in einem rasanten und beispiellosen Tempo [1]. Um diesen Bedarf zu decken, stellen viele Länder auf Systeme der intensiven Tierhaltung um, die antimikrobielle (AM) Medikamente verwenden, um die Tiere gesund zu halten und ihre Entwicklung und Produktivität zu steigern [2,3].

Beispielsweise haben Van Boeckel et al. (2015) fanden heraus, dass zwischen 2010 und 2030 der weltweite Verbrauch von AM-Mitteln für die Viehwirtschaft um 67 Prozent gestiegen ist, während andererseits der Anstieg des AM-Mittelverbrauchs in den BRICS-Staaten (Brasilien, Russland, Indien, China, Südafrika) wird 67 Prozent betragen. Darüber hinaus war Dänemark 1996 das führende Land, das unter dem Namen Danish Integrated Additive Manufacturing Resistance Monitoring and Research Program (DANMAP) Daten zur Herstellung und zum Verkauf zugelassener antimikrobieller Wirkstoffe meldete. Im Jahr 2011 veröffentlichte die European Medicines Agency Surveillance of Veterinary Consumption Group (ESVAC) den ersten Bericht über veterinärmedizinische AM-Verkäufe in acht Ländern (Tschechische Republik, Dänemark, Finnland, Frankreich, Niederlande, Norwegen, Schweden, Vereinigtes Königreich) seit 2005. Der neueste 2017 Der Bericht bietet einen Überblick über AM-Verkäufe in allen EU-Ländern.

Darüber hinaus begannen nordamerikanische Länder und Kanada 2008 mit der Erhebung von Verkaufsdaten für die AM-Resistenzüberwachung für das Canadian Comprehensive Program (CIPARS), das AM-Resistenzen und AM-Einsatz meldet. In Asien war Japan das erste Land, das das Japan Veterinary AM Monitoring System (JVARM) eingeführt hat, um den Einsatz von AM-Mitteln zu melden [4]. Darüber hinaus sind in Abbildung 1 aktuelle globale Trends bei der Verwendung von AM-Wirkstoffen in Nutztierfutter dargestellt. Daher ist die Einrichtung eines AM-freien Fütterungssystems unter Verwendung von Probiotika für eine sichere und gesunde Nutztierproduktion erforderlich.

Die am häufigsten verwendeten Probiotika bei Nutztieren sind die Stämme der Milchsäurebakterien (LAB) und Bifidobacterium [5]. Darüber hinaus gelten Infektionen des Magen-Darm-Trakts (GI) bei Nutztieren als großes globales Problem mit negativen wirtschaftlichen Auswirkungen für Viehhalter [6]. In diesem Zusammenhang hat die Möglichkeit, durch die Manipulation der Darmmikrobiota durch den Einsatz von Futterzusätzen eine gesündere Tierhaltung, ein besseres Wohlbefinden und einen besseren Ertrag zu erreichen, in den letzten 30 Jahren große Aufmerksamkeit erregt. Antibiotika werden in großem Umfang zur Vorbeugung und Behandlung von Magen-Darm-Infektionen bei Nutztieren eingesetzt. Der zufällige Einsatz von Antibiotika bei Nutztieren ist jedoch für die Entwicklung einer Antibiotikaresistenz verantwortlich, die sich langfristig auf den menschlichen Körper auswirkt und die Darmflora zerstört [7–9]. Probiotika könnten als mögliche alternative Therapie zur Behandlung von Magen-Darm-Erkrankungen und zur Stärkung der endogenen Immunfunktion des Wirts eingesetzt werden (Abbildung 1).

Zahlreiche Probiotika könnten zur Verbesserung der Leistung von Wiederkäuern und Schweinen (Tabellen 1–3) eingesetzt werden. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass Probiotika eine AM-Wirkung gegen Krankheitserreger ausüben und die Tiergesundheit sowie die Produktivität verbessern können [10,11]. Zuvor hat unsere Gruppe eine Schweinedarm-Epithelzelllinie (PIE) etabliert und gezeigt, dass PIE-Zellen ein nützliches In-vitro-Werkzeug für die Auswahl immunmodulatorischer LAB (immunobiotischer LAB) sind. Darüber hinaus hat unsere Gruppe gezeigt, dass das In-vitro- und In-vivo-Immunbiotikum LAB eine gute Alternative zur Verbesserung der Resistenz gegen gastrointestinale Krankheitserreger im Schweinewirt ist.

Darüber hinaus hat unser Labor gezeigt, dass der probiotische Lactobacillus mit immunregulatorischen Funktionen die Immunantwort im Darm positiv modulieren kann, indem er die Funktionen von PIE-Zellen kontrolliert (Tabellen 2 und 3) [10–15]. Dies steht im Gegensatz zu früheren Studien, die die Modulation der Darmmikrobiota und der Ferkelimmunität durch geeignete probiotische Stämme empfehlen, was zu einer besseren Wachstumsleistung führen wird. Daher ist es notwendig, ein ungiftiges Fütterungssystem und ein Lebensmittelsicherheitssystem einzurichten, um eine sichere und gesunde Produktion der Tierhaltung zu gewährleisten.

Eine aktuelle Studie legte nahe, dass die mit Probiotika ergänzte Ernährung den Gesundheitszustand, die Wachstumsleistung und die Darmmorphologie bei Schweinen deutlich verbesserte [16]. Ebenso wurde vermutet, dass die probiotische Multi-Spezies-Diät ein hervorragendes Potenzial hat, die Wachstumsleistung und den Gesundheitszustand von Schweinen durch Modulation der Darmmikrobiota zu fördern [17].

Daher bietet diese Übersicht eine Zusammenfassung der neuesten wissenschaftlichen Literatur sowie deren Auswirkungen auf die Tiergesundheit und Produktivität der wichtigsten Nutztierarten wie Schweine, Rinder, Ziegen und Schafe. Dieser Aufsatz untersucht auch den Wirkungsmechanismus der Immunmodulation durch probiotische LAB in Darmepithelzellen (IECs) in In-vitro-Tiermodellen.

2. Globale Trends bei der Verwendung antimikrobieller Mittel in Nutztieren

Die wachsende weltweite Nachfrage nach tierischem Protein setzt Bakterien zunehmend unter Druck, eine AM-Resistenz zu entwickeln. Kürzlich wurde berichtet, dass der durchschnittliche jährliche weltweite Verbrauch pro Kilogramm eingesetzter tierischer AM-Wirkstoffe im Bereich von 45 mg bzw. 172 mg bei Rindern und Schweinen lag [63]. Darüber hinaus wird geschätzt, dass der weltweite AM-Verbrauch zwischen 2010 und 2030 um jeweils 67 Prozent (von 63.151 Tonnen auf 105.596 Tonnen) steigen wird (Abbildung 1).

Zwischen 2010 und 2030 haben die schnell zunehmenden Trends beim Viehkonsum Druck auf die Veränderung der Produktionspraktiken in Entwicklungsländern ausgeübt, in denen umfangreiche Agribusiness-Systeme durch umfangreiche landwirtschaftliche Verfahren ersetzt werden [4]. Für die BRICS-Länder werden die AM-Konsumtrends um 99 Prozent steigen, was höher ist als das prognostizierte Einkommenswachstum der Bürger in diesen Ländern.

In Indien beispielsweise dürfte der Verbrauchsanteil an AM-Wirkstoffen (30 kg pro Quadratkilometer) bis 2030 auf 312 Prozent ansteigen. Kurioserweise wurden fast 70 Prozent der AM-Wirkstoffe, die von der FDA als medizinisch wichtig für die menschliche Gesundheit eingestuft werden, verwendet bei Nutztieren in den USA, was letztendlich die menschliche Gesundheit und das Tierwohl gefährdet [64]. Daher haben viele Länder, wie die EU und Japan, die Verwendung von AM-Mitteln als Wachstumsförderer verboten. Darüber hinaus planen andere Länder, darunter China und die USA, den Zusatz von Antibiotika zu Tierfutter zu verbieten, und die Forschung wird sich auf Wachstumsförderer konzentrieren, die die menschliche Gesundheit nicht beeinträchtigen [65].

Eine mögliche alternative Lösung für diese Probleme ist die Zugabe natürlich gewonnener Nahrungszusätze wie Probiotika, die sich positiv auf die Gesundheit und Produktivität der Nutztiere auswirken (Tabellen 1–3). Jüngste Untersuchungen mit probiotischem LAB bei Nutztieren legen nahe, dass das LAB als alternative Strategie zu antibiotischen Wachstumsförderern eingesetzt werden könnte [11,18,32,59–62].

3. Anwendung von Probiotika in In-vivo-Studien für die Schweineproduktion

Die am häufigsten als Probiotika bei Schweinen verwendeten Mikroorganismen sind in den Tabellen 1 und 2 aufgeführt. Die Gattung Lactobacillus könnte als einer der wichtigsten Bestandteile des Wirtsdarms angesehen werden. Darüber hinaus wurde bisher kein solcher Bericht über Sicherheitsvorkehrungen im Zusammenhang mit der Verwendung von Lactobacillus bei Schweinen erstellt. Bei Schweinen in der Mastphase hat die Ergänzung mit Probiotika neben dem Durchschnittsgewicht des Tieres positive Auswirkungen auf die Futteraufnahme gezeigt.

Darüber hinaus verringerte die Zugabe von Probiotika die Aktivität des Blutkomplements erheblich, während keine Veränderungen bei den Antikörperspiegeln, Makrophagen und Leukozytenaktivitäten festgestellt wurden [18,19]. Andererseits könnte die probiotische Behandlung dazu beitragen, die Wachstumsleistung, Qualität und Produktivität von Nutztieren zu verbessern [11,20,21] (Tabelle 3).

Die orale Ergänzung von Probiotika bei Neugeborenen verändert die frühen Schleimhaut-assoziierten Kolonisierungsmuster bei Frühgeborenen und reduziert somit Schleimhautatrophie und Darmfunktionsstörungen, einschließlich Durchfall, einer der schwerwiegendsten Magen-Darm-Erkrankungen, die Frühgeborene bei Ferkeln stören [22,23]. Darüber hinaus sind Ferkel sehr anfällig für die Besiedlung des Darms durch pathogene Mikroorganismen, die von der Geburt bis zum Absetzen Wachstumsverzögerungen und Durchfall verursachen. Daher werden in diesem Zeitraum Probiotika empfohlen, und viele Studien haben die Wirksamkeit solcher Produkte gezeigt [11].

Es wurde vermutet, dass die Ergänzung mit Probiotika (L. reuteri, B. subtillis und B. licheniformis) bei Schweinen nach dem Absetzen die Leistung der Tiere steigert [24]. Es wurde der Schluss gezogen, dass die probiotische Nahrungsergänzung dazu beitrug, einen gesunden Darm zu fördern, indem sie die Verdaulichkeit des Nährstoffs verbesserte, den Salmonellen- und E. coli-Gehalt im Stuhl reduzierte, den IgG-Spiegel im Serum verbesserte und wahrscheinlich auch die Resistenz gegen lokale Infektionen steigerte.

Es wurde auch berichtet, dass eine Nahrungsergänzung mit 0,1 Prozent (1,5 × 109 KBE/g) Probiotika (B. coagulans, B. licheniformis, B. subtilis und C. butyricum) die Wachstumsleistung und die Nährstoffverdaulichkeit verbessern kann , Blutprofile, und es kann die Konzentrationen von Lactobacillus und E. coli modulieren und die Emission schädlicher Gase im Stuhl bei Absetzschweinen verringern [66].

Kantas et al. (2015) berichteten, dass B. toyonensis die Gesundheit sowie die Wachstumsleistung verbesserte und bei Ferkeln nach dem Absetzen vor enterischen Krankheitserregern schützen konnte [25]. Als Alternative zu einer wachstumsfördernden Strategie könnten Multi-Stamm-Probiotika in einer Konzentration von 0,1 Prozent eingesetzt werden [26]. Das probiotische LAB zeigte eine hervorragende Fähigkeit, die Darmbesiedlung durch Krankheitserreger zu verringern, die lokale Immunantwort anzuregen und die Darmarchitektur zu verbessern [27,67] bei Ferkeln. Andererseits können die Herkunft der probiotischen Stämme, die Dosis der Probiotika in verschiedenen Haltungsbereichen, das Alter der Ferkel und das Fütterungssystem bei denselben probiotischen Stämmen zu unterschiedlichen Ergebnissen führen [68].

Die Ergebnisse von Masumizu et al. (2019) schlagen vor, dass L. salivarius FFIG131 und L. salivarius FFIG71 in Zukunft als immunbiotische Kandidaten für die Entwicklung neuer immunologischer Futtermittel verwendet werden könnten, was wiederum die Aufklärung des Immungesundheitsstatus im Schweinewirt fördert [29]. Die Fütterung von B. subtilis PB6 bei Absetzschweinen erhöhte die Futtereffizienz und stärkte die Immunität, zusammen mit der Reduzierung von fäkalem Ammoniak und Durchfall [30].

Die In-vivo-Studie von Islam et al. (2021) zeigten, dass die immunbiotische Fütterung bei der Verwendung von mit L. plantarum N14 fermentiertem, mit L. plantarum N14 fermentiertem, eingelegtem Racksaft bei Schweinen zu erheblichen positiven gesundheitlichen Vorteilen führte und so die Futteraufnahme, Effizienz und Schlachtkörperqualität steigerte [31].

Darüber hinaus wurde in einer weiteren Studie von Suda et al. (2021) schlugen vor, dass das Immunbiotikum L. delbrueckii subsp. Delbrueckii TUA4408L Okara-Futter verbesserte die Wachstumsleistung und Fleischqualität bei Ferkeln deutlich [32]. Tian et al. (2021) untersuchten den Einfluss einer mit L. reuteri 1 (LR1) oder Antibiotika (Olaquindox und Aureomycin) ergänzten Ernährung auf den Longissimus thoracic (LT) und kamen zu dem Schluss, dass das Probiotikum den Gesundheitszustand und die Schlachtkörperqualität behandelter Schweine im Vergleich zu verbessern könnte die Kontrollgruppe [33]. Eine Nahrungsergänzung mit dem Probiotikum B. subtilis PB6 steigerte die Wachstumsleistung und Immunität und senkte gleichzeitig die Ammoniakemissionen und das Auftreten von Durchfall [30].

Darüber hinaus steigerte die mit L. plantarum ergänzte Diät die Wachstumsleistung erheblich, steigerte den Lactobacillus-Kotgehalt und verringerte die E. coli-Anzahl bei Absetzschweinen [34,69].

4. Anwendung von Probiotika in In-vivo-Studien für die Produktion von Wiederkäuern

Probiotika für reife Wiederkäuer wurden in erster Linie ausgewählt, um auf den Pansenraum abzuzielen, der der Hauptort der Futterverdauung wäre [70]. Eine Vielzahl streng anaerober Bakterien, Wimperprotozoen, anaerober Pilze und Archaeen bilden das mikrobielle Ökosystem im Pansen, das für den Abbau und die Fermentation von 70–75 Prozent der Nahrungsbestandteile verantwortlich ist [71,72]. Formulierungen mit lebender Hefe (Saccharomyces) sind bei weitem die am häufigsten vermarkteten Produkte für Wiederkäuer [73,74]. Lebende Hefen steigern nachweislich die Leistung von Milchwiederkäuern, indem sie deren Immunität verbessern [75].

Es hat sich auch gezeigt, dass die tägliche Nahrungsergänzung mit Lebendhefe die Wachstumskennzahlen (wie die durchschnittliche tägliche Gewichtszunahme, das Endgewicht und die Nahrungsaufnahme) bei Rindern steigert [39,76]. Die meisten dieser Effekte wurden mit der Erhöhung der Gesamtkonzentration der kultivierbaren Mikrobenpopulation im Pansen in Verbindung gebracht, was zu einer verstärkten Aktivität des Wachstums von zellulolytischen Mikroorganismen und einer erhöhten Faserverdaulichkeit führt. Zahlreiche frühere Studien wiesen darauf hin, dass Probiotika bei Wiederkäuern deren Leistung steigerten [77,78], obwohl einige Studien [79] kaum oder keine Veränderungen feststellten.

Darüber hinaus deutete eine aktuelle Studie darauf hin, dass die symbiotische Ergänzung eines aus Hefe gewonnenen Präbiotikums und eines B. subtilis den Gesundheitszustand und die Gesamtproduktivität während der Futteraufnahmeperiode deutlich verbesserte [80]. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die Ergänzung mit probiotischen Hefeprodukten die Entzündungsreaktion von Rindern auf diese Diäten verbesserte. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Gesamtvorteile von Saccharomyces-basierten Produkten für die Tierleistung möglicherweise mit einer verbesserten Rindergesundheit und einer erhöhten Nährstoffverdaulichkeit zusammenhängen [81].

Das Probiotikum wurde den Kälbern während ihres ersten Lebensmonats verabreicht und es verbesserte ihre Darmmikrobiota und Wachstumsleistung sowie einige biometrische Parameter [41]. Daher wird eine große Menge an zusammengesetzten Probiotika empfohlen, um die Pansenentwicklung und den Gesundheitszustand von Holstein-Kälbern zu verbessern [82]. Es wurde berichtet, dass Probiotika, die Bacillus-Sporen und Nukleotide enthalten, keinen synergistischen Einfluss auf die Entwicklung, das Wohlergehen der Kälber oder die Fäkalienbakterien hatten; Allerdings reduziert eine Nukleotid-Supplementierung den Lactobacillus-Kotspiegel [83].

Lämmer, die nach dem Absetzen Probiotika erhielten, schienen eine bessere Leistung in Bezug auf Futterverwertung, Wachstumsleistung und Nährstoffverdaulichkeit zu zeigen [44]. Probiotika, die Milchkühen oral verabreicht wurden, zeigten eine systemische Wirkung auf die Genexpression, einschließlich der Gene, die an Immunität und Homöostase beteiligt sind (45). Zhang et al. [43]

Bei Büffelkälbern steigerte die Ergänzung mit L. acidophilus die Körpergewichtszunahme und die Futtereffizienz [46,84]. Die Studie legt nahe, dass fermentierte Milch, die LAB enthält, aufgrund ihrer positiven Auswirkungen auf Gesundheit und Wachstum für junge Kälber von Vorteil sein kann [46,84]. Die Ergänzung von Futtermitteln mit Ruminococcus flavefaciens steigerte die Produktionsleistung bei Schafen [48]. Es wurde auch von Izadi et al. festgestellt. (2020), dass die probiotischen B. Gerinnungsmittel als verbessernder Faktor zur Steigerung der Qualität von Milch und Milchlebensmitteln eingesetzt werden können [79,85].

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