دستکاری فلور میکروبی روده توسط مواد افزودنی و تاثیر آن بر عمکرد تولیدی طیور

اهمیت روده و فلور میکروبی

در پرورش طیور، خوراک حدود 70 درصد هزینه های پرورش را به خود اختصاص می دهد. از آنجا که هضم و جذب خوراک در روده صورت می گیرد، لذا داشتن یک روده سالم نه فقط از منظر فیزیولوژیکی، بلکه از منظر اقتصادی بسیار مهم است. شواهد علمی نشان می دهد که داشتن یک فلور میکربی روده‏ای «سالم» موجب صرفه‏ جویی در انرژی (اصلی ترین ماده مغذی) برای حیوان میزبان می شود و به این ترتیب عملکرد تولیدی پرندگان را به حداکثر می رساند. به ویژه با گسترش برنامه های “پرورش بدون استفاده از آنتی بیوتیک ها” اهمیت فلور میکروبی در بهبود عملکرد طیور بیش از پیش شده است. نتایج پژوهش های اخیر نشان می دهد که میکروب های بیماری زای شایع در دستگاه گوارش طیور نظیر Escherichia coli و Salmonella enterica دارای اجزای ژنتیکی مرتبط با مقاومت میکروبی هستند، که چنین بخش هایی در ژنوم خود را بین یکدیگر مبادله می کنند و بدین ترتیب مقاومت میکروبی علیه آنتی بیوتیک ها بین جوامع مختلف میکروبی گسترش می یابد. آز آنجا که این باکتری ها در زنجیره غذایی انسان نیز وارد می شوند و همه ساله موجب مسمومیت های غذایی در انسان می شوند، به طور همزمان مقاومت میکروبی را به انسان نیز گسترش می دهند و این یک زنگ خطر بزرگی برای نظام بهداشت و درمان انسان نیز محسوب می شود. نکته جالب این است که در کشورهایی که مقرراتی برای منع استفاده از آنتی بیوتیک ها وجود ندارد و یا چنین مقرراتی با سخت گیری اجرا نمی شوند، تنوع و تکثر اجزای ژنتیکی مرتبط با مقاومت میکروبی قابل تبادل بین میکروب ها به طور معنی داری بیشتر بوده است. بنابراین، در بسیاری از کشورهای توسعه یافته، رویکرد “سلامت روده” در دستور کار دست اندکاران تولیدات طیور قرار گرفته است (1).

سلامت روده

سلامت روده به وضعیت فیزیکی و عملکرد فیزیولوژیکی روده اشاره دارد، که با برقراری هوموستاز میکروفلورای حیوان میزبان، تاثیر مهمی بر عمکرد تولیدی پرنده دارد. برخلاف تصور گذشته که روده را یک جعبه سیاه می دانستند، امروزه مشخص شده است که روده یک اندام ایمنی و اندوکرینی مهم است که توازن فلور میکروبی در آن موجب بهینه سازی پاسخ های فیزیولوژیکی و عملکرد مطلوب پرنده و در مقابل، به هم خوردن توازن فلور میکروبی موجب بروز بیماری ها و افت تولید در طیور می شود. چنین می توان عنوان کرد که میکروفلورای روده در برابر استرس های درونی و بیرونی بدن حیوان میزبان مقاومت می کند و با حفظ سلامت پرنده، عملکرد حداکثری را تضمین می نماید.
در یک نگاه کلی، می توان گفت چهار جزء سلامت روده را تعیین می کند: تغذیه و خوراک، لایه موکوسی روده، فلور میکروبی، و سیستم ایمنی. بنابراین، شناخت این چهار جزء برای حفظ سلامت روده ضروری است. شایان ذکر است که این چهار جزء با یکدیگر در تعامل هستند و سلامت روده حاصل اثرات متقابل آنها با یکدیگر است. برای درک بهتر این موضوع می توان به یک مثال عملی اشاره نمود. برخی از مواد خوراکی مورد استفاده در تغذیه پرندگان حاوی ترکیبات ضدتغذیه ای هستند که این ترکیبات با بر هم زدن توازن میکروب های روده و برانگیختن سیستم ایمنی ذاتی در روده، باعث شده مواد مغذی به جای اینکه صرف رشد و تولید شوند، به سمت شکل گیری پاسخ های ایمنی سوق پیدا کنند، و در نتیجه رشد و تولید پرندگان کاهش می یابد (2و 3).

ساختار و عملکرد روده

دیواره روده از میکروپرزهای متعددی تشکیل شده است که به منظور افزایش سطح جذب مواد مغذی تکامل و توسعه یافته اند. این میکروپرزها از یک لایه سلولی از سلول های انتروسایت تشکیل شده اند. این لایه سلولی مرز بین محیط خارج بدن (لومن روده) و داخل بدن (خون) است (شکل 1). در بین انتروسایت ها، به تعداد خیلی کمتر، سلول های دیگری یافت می شوند که عبارتند از: گابلت، اندکرین و پنت (شکل 2). سلول هایی که در پایه پرز قرار دارند (کریپت)، سلول های بنیادی روده هستند که به طور مرتب رشد و تمایز یافته و به سلول های مذکور تبدیل می شوند. بنابراین، به طور پیوسته مهاجرت سلول ها از ناحیه کریپت به سمت بالای پرزهای روده انجام می گیرد.
سلول های گابلت ترشح کننده موکوس هستند. موکوس به شکل یک لایه سطح اپیتلیال انتروسایت ها را فرا می گیرد. این لایه موکوسی، جایگاهی برای استقرار میکروب های روده می باشد. علاوه براین، برخی پپتیدهای ضدمیکروبی (دارای 12 تا 15 اسید آمینه نظیر دیفنسین ها) در این لایه ترشح می شود که موجب حذف میکروب های بیماری زا می گردد. بنابراین، لایه موکوسی نقش دفاعی مهمی در بدن ایفا می کند.

 

شکل 1. ساختمان یک میکروپرز روده در مرغ

 

شکل 2. سلول های مختلف روده و نحوه تمایز آنها در روده مرغ

در حدفاصل سلول های انتروسایت و خون، برخی از سلول های ایمنی نظیر ماکوفاژها و لنفوسیت ها وجود دارند. این سلول ها نقش از بین بردن میکروب هایی که توانسته اند از سد دفاعی موکوس روده و سلول های انتروسایت عبور کنند را برعهده دارند. تعداد این سلول ها در روزهای اول پس از خروج جوجه از تخم کم است ولی تا سن 2 هفتگی، افزایش چشمگیری در تعداد این سلول ها در بافت روده مشاهده می شود و این افزایش تا سن 8 هفتگی پرنده ادامه می یابد. سلول های ایمنی در لایه لامینا پروپریا به همراه غده بورسا و لوزه های سکومی و زائده مکل سیستم ایمنی روده را تشکیل می دهند، که تحت عنوان GALT (gut-associated lymphoid tissue) شناخته می شود. شایان ذکر اینکه اتصالات محکمی بین انتروسایت ها وجود دارد که به طور طبیعی اجازه ورود میکروب ها را نمی دهند، ولی در صورت وجود بیماری و مواد ضدتغذیه ای در خوراک مصرفی، این اتصالات شل شده و فاصله ای بین سلول های روده ایجاد می شود که زمینه ورود میکروب ها به داخل بدن را فراهم می کند (شکل 3).

 

شکل 3. لایه حفاظتی روده و اتصالات محکم بین انتروسایت ها (6)

التهاب در روده

از آنجا که روده به طور پیوسته در معرض مواد آنتی ژنیک موجود در غذا قرار دارد، این مواد موجب ایجاد پاسخ های التهابی شده و سیستم ایمنی را برانگیخته می کنند. التهاب یک پاسخ طبیعی بدن به حضور آنتی ژن های موجود در خوراک است. این آنتی ژن ها ممکن است مایکوتوکسین های آلاینده خوراک و یا هر ماده ضدتغذیه ای موجود در خوراک باشند. واضح است در جیره های خوراکی با کیفیت پایین، سهم این ترکیبات آنتی ژنیک بیشتر بوده و پاسخ های التهابی بیشتری در روده شکل می گیرد. برای مثال، در شرایطی که غلاتی نظیر جو و گندم جایگزین ذرت می شوند، پلی ساکاریدهای غیرنشاسته ای با خاصیت ضدتغذیه ای موجود در این غلات باعث فعال سازی گیرنده های شناساگر الگو (pattern Recognition Receptors; PRRs) می شوند. در چنین شرایطی، مواد مغذی به جای اینکه صرف رشد و تولید شوند، برای شکل گیری پاسخ های التهابی می شوند و در نتیجه عملکرد تولیدی پرندگان کاهش می یابد. گروه های مختلفی از PRRsشناسایی شده اند و در پرندگان (Toll-Like Receptors; TLR) بیشتر از سایرین مورد مطالعه قرار گرفته است. شواهد علمی نشان می دهد که بیان ژن TLR2 در پرندگانی که جو و گندم دریافت می کنند، در مقایسه با پرندگانی که با ذرت تغذیه شده اند، افزایش معنی داری یافته است که این پاسخ، برای محدود نمودن التهاب در روده ضروری است. التهاب در روده موجب کاهش جمعیت باکتری های تولید کننده بوتیرات می شود و در نتیجه مقدار تولید بوتیرات کاهش می یابد. افت مقدار بوتیرات در روده، زمینه استقرار میکروب های بیماری زا نظیر سالمونلا را افزایش می دهد.

نقش افزودنی های خوراک در سلامت روده

پروبیوتیک ها

در پرورش صنعتی طیور، جوجه های که از تخم خارج می شوند، عاری از هر نوع میکروارگانیسم در دستگاه گوارش خود هستند. هدچند در کارخانجات جوجه کشی سطح بالایی از ایمنی زیستی به اجرا گذاشته می شود، ولی از زمان هچ تا انتقال به مزارع پرورش طیور، تهدید آلودگی با میکروب های مضر اجتناب ناپذیر است. در چنین شرایطی، استفاده از پروبیوتیک ها می تواند کمک شایانی به حل این معضل باشد. پروبیوتیک ها میکروارگانیسم های زنده هستند که با هدف ارتقای سیستم ایمنی و جلوگیری از ابتلا به بیماری های دستگاه گوارش – با ممانعت از استقرار میکروب های بیماری زا نظیر سالمونلا- موجب سلامت و رشد و تولید بیشتر در پرندگان می شوند.
پیشرفت هایی که در زمینه باکتری شناسی صورت گرفته، موجب شناسایی گونه های میکروبی مفید در دستگاه گوارش شده است. بر این اساس، میکروب های مفید تحت عنوان “پروبیوتیک ها” توسعه پیدا کرده اند. برای مثال، Lactobacillus acidophilus و reuteri Lactobacillus از باکتری های مفیدی هستند که در فرمولاسیون پروبیوتیک های تجاری از آنها استفاده می شود (5).
با تجویز پروبیوتیک ها می توان از استقرار فلور میکروبی مفید در روده اطمینان یافت و به این شکل از بروز بیماری های عفونی و افت عملکرد طیور جلوگیری نمود. مکانیسم عمل پروبیوتیک ها عبارت است از: استقرار یک فلور میکروبی سالم و جلوگیری از استقرار میکروب های مضر از طریق حذف رقابتی، افزایش فعالیت آنزیم های هضم کننده مواد مغذی، ممانعت از تولید ترکیبات بالقوه مضر نظیر دی-لاکتات و آمونیاک، افزایش تولید اسیدهای چرب کوتاه زنجیر نظیر بوتیرات، کاهش pH روده، تقویت سیستم ایمنی حیوان میزبان از طریق تولید سایتوکاین ها و اینترلوکین ها، و تغییرات مورفولوژیکی مثبت در روده کوچک نظیر افزایش طول پرزها و سطح جذب از روده (شکل 4). به این ترتیب، در نتیجه کاربرد پروبیوتیک ها به ویژه بلافاصله بعد از خروج جوجه از تخم می توان اثرات مفیدی را بر عملکرد تولیدی پرندگان مشاهده نمود. برای مثال، بهبود ضریب تبدیل خوراک، افرایش اضافه وزن، کاهش ذخیره چربی در بدن از جمله این اثرات هستند.

 

شکل 4. طول پرز روده در ناحیه ایلئوم روده جوجه های گوشتی بدون مصرف پروبیوتیک (چپ) و دریافت کننده پروبیوتیک های لاکتوباسیلوسی (راست)

پری بیوتیک ها

طبق تعریف، پری بیوتیک ها مواد غذایی غیر قابل هضم در دستگاه گوارش هستند که به طور انتخابی موجب تحریک رشد میکروب های مفید و جلوگیری از رشد میکروب های مضر می شوند و از این نظر سلامت به روده کمک می کنند. ترکیباتی که به عنوان پری بیوتیک استفاده می شوند باید چند ویژگی مهم داشته باشند: در برابر اسید معده مقاوم باشند، در برابر آنزیم های هضمی روده مقاوم باشند، قابلیت تخمیر توسط میکروب های دستگاه گوارش را داشته باشند، و به طور انتخابی قابلیت رشد و تکثیر برخی میکروب های مفید و جلوگیری از رشد و تکثیر میکروب های عفونی در روده را داشته باشند (شکل 5).

 

شکل 5. مکانیسم عمل پری بیوتیک ها در روده (4)

در ابتدا پری بیوتیک ها بیشتر از دو نوع فروکتوالیگوساکاریدی و گالاکتوالیگوساکاریدی بودند (شکل 6). در حال حاضر، طیف وسیع تری از پری بیوتیک ها موجود است.

 

شکل 6. ساختمان پری بیوتیک های گالاکتوالیگوساکاریدی و فروکتوالیگوساکاریدی

طیف وسیع تر پری بیوتیک ها در حال حاضر شامل الیگوساکاریدهای شاخه دار و ترکیبات غیرقندی نظیر پلی فنل ها می شود. همانطور که در شکل 5 دیده می شود، پری بیوتیک ها در بخش های پایین تر روده نظیر کولون و سکوم، توسط میکروب ها تخمیر شده و اسیدهای چرب کوتاه زنجیری (SCFAs) نظیر استات، پروپیونات و بوتیرات را تولید می کنند. این ترکیبات با پایین آوردن pH از استقرار میکروب های بیماری زا نظیر سالمونلا جلوگیری می کنند (5).
به ترکیبی از پروبیوتیک ها و پری بیوتیک ها که اثرات همکوشی با یکدیگر دارند، سینبیوتیک گفته می شود. علاوه براین، نگرانی از استفاده از میکروب های زنده تحت عنوان پروبیوتیک، به دلیل احتمال گسترش یک بیماری جدید و نیز پدیده مقاومت میکروبی، استفاده از آنها را به ویژه در گله های بالادستی نظیر اجداد و مادر محدود نموده است. به همین دلیل، اخیرا استفاده از فرم غیرفعال پروبیوتیک ها که در آن میکروب ها کشته می شوند، تحت عنوان پاراپروبیوتیک Paraprobiotics در حال گسترش است. برای غیرفعال سازی میکروب ها از روش های حرارتی و غیر حرارتی نظیر ایجاد میدان الکتریکی و یا اولتراسونیک استفاده می شود. شکل 7 روش های مختلف در تهیه پاراپروبیوتیک ها را نشان می دهد. در پژوهشی که اخیرا به چاپ رسید، استفاده از پاراپروبیوتیک ها در سطح 6/0 درصد خوراک موجب افزایش معنی دار رشد و ارتقای سیستم ایمنی جوجه های گوشتی شد (7).

شکل 7. روش های مورد استفاده در تهیه پاراپروبیوتیک ها (7)

ترکیبات دیگری در همین ارتباط تحت عنوان پستبیوتیک ها Postbiotics استفاده می شوند. در این ترکیبات از پروبیوتیک های غیرزنده و یا بخش هایی از دیواره سلول های میکروبی نظیر پروتئین های سطح دیواره سلولی استفاده می شود. برای تهیه این گروه از مواد افزودنی از پاره کردن سلول میکروبی توسط روش های آنزیمی استفاده می شود. شکل 7 نحوه تهیه پاراپروبیوتیک ها و پستبیوتیک ها و اجزای تشمیل دهنده آنها را ترسیم نموده است (7 و 8).

شکل 8. نحوه تهیه پاراپروبیوتیک ها و پستبیوتیک ها و اجزای تشکیل دهنده آنها (7)

همانطور که پیشتر اشاره شد، برخی پپتیدها با خاصیت ضدمیکروبی (نظیر دیفنسین ها) در لایه موکوسی روده ترشح می شوند که میکروب های بیماری زا را از بین می برند. لانتی پپتید ها Lanthipeptides گروهی از دیفنسین ها هستند که امروزه به شکل تجاری تحت عنوان لانتی بیوتیک ها Lantibiotics از خاصیت ضدمیکروبی آنها در صنعت خوراک استفاده می شود و پیش بینی می شود در آینده نزدیک به طرز گسترده تری مورد استفاده قرار گیرند (9 و 10).

آنزیم ها

امروزه استفاده از آنزیم ها به عنوان مکمل های خوراک طیور به رویه ای رایج تبدیل شده است. آنزیم های تجزیه کننده پلی ساکاریدهای غیرنشاسته ای (زایلاناز، بتا-گلوکاناز، پکتیناز، و ماناناز)، آمیلاز، فیتاز و پروتئازها از آنزیم های رایج مورد استفاده در خوراک طیور هستند. استفاده از آنزیم ها در مواقعی که غلاتی نظیر گندم و جو جایگزین ذرت می شوند، اجتناب پاپذیر است. همانطور که پیشتر ذکر شد، پلی ساکاریدهای غیرنشاسته ای موجود در این غلات باعث فعال سازی گیرنده های شناساگر الگو شده که به دنبال آن سیستم ایمنی ذاتی پرنده را برانگیخته می کنند. در چنین شرایطی، مواد مغذی به جای اینکه صرف تولید شوند، صرف شکل گیری پاسخ های ایمنی شده و لذا عملکرد تولیدی پرنده کاهش می یابد. علاوه بر این، پلی ساکاریدهای غیرنشاسته ای موجود در گندم و جو با افزایش ویسکوزیته مواد هضمی، باعث اختلال در روند هضم و جذب مواد مغذی شده و منجر به کاهش عملکرد تولیدی پرندگان می شوند.
استفاده از آنزیم های تجزیه کننده پلی ساکاریدهای غیرنشاسته ای با هیدرولیز این ترکیبات منجر به کاهش ویسکوزیته در روده می شوند. از طرف دیگر، هیدرولیز پلی ساکاریدهای غیرنشاسته ای منجر به تولید ترکیبات شبه پری بیوتیکی شده که منجر به رشد و تکثیر باکتری های مفید نظیر Lactobacillus و Bifidobacterium می شوند. افزایش جمعیت این باکتری های مفید، از طریق حذف رقابتی، از استقرار باکتری های مضر نظیر کلستریدیوم ها جلوگیری می کند. به این ترتیب، آنزیم ها موجب سلامت روده و افزایش عملکرد تولیدی طیور می شوند. بر اساس آنچه توضیح داده شد، وجود یک همکوشی بین آنزیم ها و پری بیوتیک ها باعث شده امروزه از این مواد افزودنی به صورت ترکیبی استفاده شود. وجود ترکیبات مختلفی از آنزیم ها، پری بیوتیک ها و پروبیوتیک ها در بازار بر اساس همین شواهد علمی می باشد.

 

منبع مقالات

1. Bedford, M. R., Svihus, B., & Cowieson, A. J. (2024). Dietary fibre effects and the interplay with exogenous carbohydrases in poultry nutrition. Animal Nutrition. 16, 231-240.
2. Harimurti, S., & Hadisaputro, W. (2015). Probiotics in poultry. Beneficial microorganisms in agriculture, aquaculture and other areas, 1-19.
3. Lutful Kabir, S. M. (2009). The role of probiotics in the poultry industry. International Journal of Molecular Sciences, 10, 3531-3546.
4. Megur, A., Daliri, E. B. M., Baltriukienė, D., & Burokas, A. (2022). Prebiotics as a tool for the prevention and treatment of obesity and diabetes: classification and ability to modulate the gut microbiota. International Journal of Molecular Sciences, 23(11), 6097.
5. Ricke, S. C. (2018). Focus: nutrition and food science: impact of prebiotics on poultry production and food safety. The Yale Journal of Biology and Medicine, 91(2), 151.
6. Shehata, A. A., Yalçın, S., Latorre, J. D., Basiouni, S., Attia, Y. A., Abd El-Wahab, A., … & Tellez-Isaias, G. (2022). Probiotics, prebiotics, and phytogenic substances for optimizing gut health in poultry. Microorganisms, 10(2), 395.
7. Siciliano, R. A., Reale, A., Mazzeo, M. F., Morandi, S., Silvetti, T., & Brasca, M. (2021). Paraprobiotics: A new perspective for functional foods and nutraceuticals. Nutrients, 13(4), 1225.
8. Tukaram, N. M., Biswas, A., Deo, C., Laxman, A. J., Monika, M., & Tiwari, A. K. (2022). Effects of paraprobiotic as replacements for antibiotic on performance, immunity, gut health and carcass characteristics in broiler chickens. Scientific Reports, 12(1), 22619.
9. Zhang, X., Zhao, Q., Wen, L., Wu, C., Yao, Z., Yan, Z., … & Xie, Q. (2021). The effect of the antimicrobial peptide plectasin on the growth performance, intestinal health, and immune function of yellow-feathered chickens. Frontiers in Veterinary Science, 8, 688611.
10. Zhang, N., Jin, M., Wang, K., Zhang, Z., Shah, N. P., & Wei, H. (2022). Functional oligosaccharide fermentation in the gut: Improving intestinal health and its determinant factors-A review. Carbohydrate Polymers, 284, 119043.