Forskere sigter mod at forbedre tarmsundheden hos husdyr

Forskere ved University of Delaware undersøger, hvad der forårsager den mavefornemmelse hos husdyr såsom køer og høns.

Ryan Arsenault, adjunkt ved Institut for Husdyr- og Fødevarevidenskab i UD's College of Agriculture and Natural Resources (CANR), ankom til UD i 2015 og siden da, han har arbejdet på at etablere et laboratorium, der specifikt ser på tarmsundheden hos produktionsdyr.

Medlemmer af Arsenaults laboratorium - specifikt Bridget Aylward, en ph.d.-studerende i CANR, og Casey Johnson, en studerende på kandidatniveau i CANR – har præsenteret deres resultater på internationale konferencer såsom European Symposium on Poultry Nutrition i Spanien samt Keystone-konferencer i Banff, Canada og Dublin, Irland.

Arsenault sagde, at tarmsundhed er et stort emne i landbruget, da mange forskere leder efter alternativer til antibiotika, som næsten alle er fokuseret på tarmen.

"Vi kan ikke bruge antibiotika, som vi plejede i maddyr, " sagde Arsenault. "Antibiotika er blevet brugt i dyreavl for at holde dyr sygdomsfri og vokse sig større. I Europa, det er helt væk, har været i årevis, og det bliver trukket mere og mere fra det amerikanske marked, så ting som probiotika, præ-biotika, post-biotika, fodertilsætningsstoffer og foderenzymer, alle ser på dem som denne sølvkugle for at løse problemet med alternative antibiotika."

Mange af hans forskningsprojekter er finansieret af industrien og ser på virkemåde og mekanismer for antibiotikaalternativer såsom gærcellevægsekstrakter, foderenzymer og fodermodifikatorer.

Tendensen til ingen antibiotika bunder dybest set ned til to hovedpunkter:bekymringerne vedrørende antibiotikaresistens, som bakterier udvikler, og den negative opfattelse, forbrugerne har med hensyn til brugen af ​​antibiotika til dyr.

Arsenault sagde, at tarmen er vigtig at forstå, fordi den er centrum for animalsk produktion.

"Du har brug for en effektiv tarm, fordi det er her alle næringsstoffer absorberes. Du kommer ikke til at have et dyr i vækst uden en fungerende sund tarm, og det er også indgangsstedet for en masse sygdomsfremkaldende patogener, " sagde Arsenault. "Det er knyttet til stort set alle andre systemer. For eksempel, det næstmest innerverede organ i kroppen udover hjernen er tarmen."

Der er også en enorm immunkomponent, da mere end 50 procent af immunsystemet findes i tarmen.

"Tarmen er sådan en sammenhæng mellem alting, " sagde Arsenault. "Det er dybest set din tarmmikrobiota - de fastboende kommensale bakterier i din tarm - er en stor del af at være sund. Hvis du har de 'gode' bakterier i din tarm, du er mere tilbøjelig til at være resistent over for infektioner, din tarm fungerer mere effektivt, du kan bevare en sundere vægt. Sygdomme som Crohns sygdom eller colitis ulcerosa er, folk tænker, overvejende mikrobiota relateret."

Erhvervelsen af ​​et mikrobiom som en ung kylling, babykalv eller et baby-menneske har konsekvenser for en hel levetid på grund af, hvordan det hjælper med at udvikle et passende immunsystem og en passende immunrespons.

For eksempel, en masse allergier og autoimmune sygdomme er forbundet med, hvordan man erhverver et mikrobiom i spædbarnsalderen.

Arsenault sagde, at hans laboratorium er interesseret i at undersøge, hvordan kyllinger eller køer får et sundt eller usundt mikrobiom, og hvilke signaler dette giver værtsdyret, som fodrer ind i probiotikaspørgsmålet om, hvad dyrene skal fodres for at give dem en sund mikrobiota, så deres immunsystem er optimalt, og de optager de optimale næringsstoffer.

Fokus på tarmen er også en trend inden for menneskers sundhed, da probiotika har taget fart i popularitet, og det arbejde, der udføres i Arsenaults laboratorium, knytter sig til One Health-konceptet, ideen om, at menneskers sundhed hænger sammen med dyrs og miljøets sundhed. Den mest almindelige type zoonotisk sygdom - sygdomme, der kan overføres fra dyr til mennesker - er klassificeret som zoonotiske mave-tarmsygdomme, dette omfatter Salmonella , E coli og Campylobacter .

Til deres præsentationer, Johnson og Aylward fokuserede begge på problemer relateret til tarmen.

Johnson så på fodertilsætningsstoffer som alternativer til antibiotika, og hvordan de reagerer med nekrotisk enteritis, eller inflammatorisk død tarmsygdom, i kyllinger, hvilket er et stort problem for Delmarva fjerkræindustrien på grund af antibiotikafoderrestriktioner.

"Vi kiggede på deres produkter, som er rå gærcellevægsekstrakter, som udløser immunreceptorer, og vi så på de oprensede former af disse gærcellevægsekstrakter og på forskellene og effektiviteten af ​​disse som antibiotikaalternativer. De mere oprensede produkter syntes at for at få et bedre svar, " sagde Johnson.

Fordi gær er en svamp og ikke en bakterie, de initierer og binder sig til forskellige receptorer i tarmen og gør andre ting ved immunsystemet end bakterier.

Arsenault forklarede, at der har været meget arbejde i fjerkræ med tilsætningsstoffer til gærfoder som immunmodulatorer, fordi "De stimulerer ikke rigtig immunsystemet, de dæmper ikke immunsystemet, de på en måde primer eller modulerer det."

Aylwards plakatpræsentation i Banff så på mønstergenkendelsesreceptorer, som er receptorer i immunsystemet, der genkender et specifikt universelt mikrobemotiv, såsom et sæt nukleinsyrer i en form, der kun findes i bakterier, med hensyn til kyllingemakrofagcellelinjer.

En makrofag er en stor celle, der findes i stationær form i vævene eller som et mobilt hvidt blodlegeme, især på infektionssteder.

Makrofagerne blev behandlet med butyrat - betragtet som et post-biotikum - og forskolin - et planteekstrakt, som folk bruger som et vægttabstilskud.

Aylward arbejdede på kinome array-analysen af, hvordan signalering i cellerne ændrede sig efter administration af disse forskellige fodertilsætningsstoffer.

Hendes præsentation i Dublin så på otte tilfældige malkekøer, der var fri for patogener, for at etablere den normale normale immuncellesignalering i disse køers tarm.

Ud over hans forskning i tarmsundhed, Arsenault er også i organisationsbestyrelsen for det årlige symposium om tarmsundhed i produktion af fødevaredyr, en international konference om alle aspekter af tarmsundhed for alle fødevaredyrearter. Han er blevet inviteret til at tale om emnet tarmsundhed i Brasilien, Spanien, Canada og USA og co-redigerede en e-bog om forskning i tarmsundhed.

Institut for Husdyr- og Fødevarevidenskab har også Amy Biddle, assisterende professor i dyre- og fødevarevidenskab, som co-underviser en tarmmikrobiom mikrobiel og vært perspektiv klasse med Arsenault.

Biddles arbejde inkluderer Equine Gut Microbiome-projektet, hvor hendes laboratorium tackler mange af de grundlæggende spørgsmål bag bakteriernes rolle i hestetarmen i sundhed og sygdom.

Robert Dyer, lektor i ANFS, og Tanya Gressley, lektor og mejeri ernæringsekspert i ANFS, ser også nøje på dyrs tarmsundhed.