Моноспорин-ПК в ветеринарной практике: секреты эффективности
Введение. Актуальной задачей современного ветеринарного производства является существенное улучшение качества выпускаемой мясной продукции. Сложность данной задачи во многом обусловлена закрепившейся в современном производстве (хотя и недопустимой) практикой использования антибиотиков для решения самых разных проблем, таких как лечение инфекционных заболеваний, их профилактика, получение требуемых привесов молодняка сельскохозяйственных животных и птицы и пр. Побочным результатом этого является чрезмерное накопление антибиотиков в получаемой продукции, а соответственно и низкое ее качество, а также антибиотики поступают в организм человека. Кроме того, проявляется еще один эффект: быстро расширяется круг условно-патогенных микроорганизмов, обладающих множественной устойчивостью к антибиотикам. Ясно, что хозяйства не в состоянии избавиться от циркулирующих там патогенов.
В то же время ветеринарии известны альтернативные антибиотикам средства профилактики и лечения многих инфекционных заболеваний молодняка сельскохозяйственных животных и птицы. Это, прежде всего, препараты биологического происхождения — пробиотики [1]. Они имеют целый ряд преимуществ над антибиотиками [2], в том числе преимуществ экологического плана. Но, несмотря на наличие убедительных научных и практических результатов, свидетельствующих в пользу эффективности их применения [3], внедрение препаратов биологического происхождения в ветеринарное производство все еще весьма ограничено.
Нынешняя «осторожность» в применения пробиотиков и даже «боязнь» их назначения обусловлены недостатком информации об успешном практическом использовании биопрепаратов. Другая причина — нечеткое понимание многими ветеринарами-практиками механизмов действия пробиотиков. В это же время перечень предлагаемых учеными биопрепаратов постоянно пополняется. На основе не использованных ранее штаммов микроорганизмов создаются принципиально новые пробиотики. Спектр новых биопрепаратов непрерывно расширяется также через создание более эффективных ассоциаций уже известных культур микроорганизмов, оптимизацию или изменение состава комплексных биопрепаратов, увеличение числа их компонентов и т.д.
Следует отметить, что наблюдавшиеся случаи пониженной эффективности биопрепаратов как правило были связаны с неправильным их подбором, то есть не учитывалась специфика хозяйства или неудовлетворительно диагностировались возбудители инфекционных заболеваний.
Целью данного сообщения является приведение фактов экономической эффективности применения пробиотика Моноспорин-ПК [4-5] в птицеводстве и для выращивания свиней в конкретных производственных условиях. Излагается суть новых методологических подходов, важных в плане правильного подбора пробиотиков. Кратко освещается научная основа этих подходов, а именно результаты изучения влияния активной основы Моноспорина-ПК — штамма Bacillus subtilis — на локальную иммунную реактивность организма.
Материалы и методы исследований. Во всех случаях описанных ниже в производственных условиях, за исключением работ, выполненных на гнотобионтных иммунокомпетентных линейных мышах BALB/c, применяли однокомпонентный биопрепарат Моноспорин-ПК серийного производства, выпущенный на СХП «Нива» в виде гелеобразной формы с титром его активной основы Bacillus subtilis не менее 5 млрд.микр.кл./мл. Данный биопрепарат сегодня апробирован и хорошо зарекомендовал себя в ветеринарной практике, в частности в птицеводстве [6] и животноводстве [7]. Ниже приведены основные характеристики указанного биопрепарата и предполагаемые механизмы его действия.
Моноспорин-ПК назначали в дозах согласно Инструкции по применению. Более детально схемы применения, первые полученные результаты и некоторые механизмы действия данного биопрепарата уже освещены в работе [6]. В настоящем сообщении больше внимание будет уделено конечной результативности применения Моноспорина-ПК, а также сравнительной экономической эффективности данного биопрепарата в хозяйствах при выращивании яичной птицы (АООО «Южная Холдинг»), бройлеров (СООО АФ «Птахивнык») и поросят (ООО «Агропромышленная компания», ЗАО «Фридом Фарм Интернешнл»).
В экспериментах по установлению общей и специфической стимулирующей активности биопрепарата Моноспорин-ПК на локальный (мукозный) гуморальный иммунный ответ организма использовали суспензию Bacillus subtilis в физиологическом растворе (phosphate buffered saline. PBS), которую вводили орально изначально стерильным BALB/c мышам в количестве 200 µl и титрах 1×108 колониеобразующих единиц (КОЕ)/мышь. Эксперименты на мышах проводили в Trexler изоляторах, что обеспечивало возможность их колонизации только одним штаммом изучаемых бактерий.
Оценку уровня секретируемых в различных отделах тонкого кишечника (двенадцатиперстной кишке, duodenum; тощей, jejunum; подвздошной, ileum), Пэйеровыми бляшками и мезентеральными лимфатическими узлами (МЛУ) антител классов А, М и GI (далее иммуноглобулинов А, М, GI, сокращенно IgA, IgM, IgGI) осуществляли качественно с помощью иммунного гистохимического анализа с использованием моноклональных флуоресцентных анти-lgA, а также количественно методом радиоиммунного анализа с использованием меченых радиоактивным йодом моноклональных анти — IgA, IgM, IgGI соответственно [8].
Результаты экспериментов и их обсуждение.
Главным методологическим приемом для обеспечения эффективного применения пробиотиков в ветеринарном производстве должен стать успешно используемый нами так называемый специфический подход к каждому хозяйству. Такой подход предполагает: (1) проведение оценки уровня персистенции патогенных и условно-патогенных микроорганизмов в данном хозяйстве путем микробиологического анализа проб кормов, воды, подстилки, воздуха, а также условно-здорового поголовья и поголовья с клиническими признаками инфекционных заболеваний; (2) идентификацию потенциальных возбудителей инфекций с последующим изучением их вирулентных свойств; (3) исследование антибиотикочувствительности полученных изолятов (антибиотикограмма); (4) определение специфической активности рекомендуемых биопрепаратов в отношении конкретных патогенов и основанные на этом рекомендации по их использованию; (5) подбор схемы применения биопрепаратов с обязательным повторным контрольным тестированием их эффективности.
Спектр активности штаммов спорообразуюших бактерий, входящих в состав Моноспорина-ПК и нового пробиотика Споролакт, разработанного в Институте микробиологии и вирусологии НАН Украины (ИМВ НАНУ) на основе двух штаммов бацилл и культуры лактобактерий, свидетельствует о безусловной перспективности их применения в животноводстве и птицеводстве (табл.1). На особенное внимание заслуживает выраженная способность штамма Bacillus subtilis, активной основы Моноспорина-ПК, нейтрализовать влияние стафилококкового экзо- и сальмонеллезного эндотоксинов, установленная нами ранее а экспериментах in vivo [9]. Приведенные в таблице 2 основные свойства данного штамма бацилл в целом объясняют его высокую эффективность в ветеринарии.
В экспериментах на гнотобионтных линейных BALB/c мышах, инокулированных орально только штаммом Bacillus subtilis, установлена его способность к временной колонизации кишечника с последующей элиминацией культуры из организма животных [10].
Показано, что оральное введение суспензии данного штамма бацилл существенно влияет нa синтез общих IgA, IgM и IgG не только в сыворотке крови, но и в отделах тонкого кишечника, ПБ и МЛУ. На рисунке 1а показан базовый уровень общих IgA стерильных иммуннокомпетентных мышей до орального применения исследуемого штамма бацилл, который резко возрастает после введения Bacillus subtilis и достигает своего максимума уже на 7 день эксперимента (рис.1,6; рис.2,а). Анализ количества секретируемых системно и локально (в различных отделах тонкого кишечника, ПБ и МЛУ) антител IgA, IgGI и, особенно, IgM свидетельствует о резком нарастании их титров, начиная уже с 3-го дня после колонизации кишечника. Динамика их образования в различных отделах кишечника, ПБ и МЛУ показана на рисунке 2,а. Высокий уровень общих IgA и IgM отмечается в первые сроки после введения бацилл и снижается, как правило, только к 70 дню эксперимента. Уровень секретируемого IgGI сразу после введения бактерий сравнительно ниже, однако имеет тенденцию к сохранению
Такое стимулирующее влияние Bacillus subtilis на формирование локальней (мукозной) иммунной реактивности организма обеспечивает неспецифическую защиту против большинства энтеральных патогенов. Однако для понимания механизмов действия бактерий, которые являются основой биопрепаратов, особый интерес представляет определение также уровня их специфической активности. На сегодня общеизвестной есть роль нормальной микрофлоры в обеспечении процессов жизнедеятельности организма хозяина. Доведено также, что именно микробная колонизация инициирует синтез нормальных антител [11]. Показано, например, что количество IgA непосредственно зависит от присутствия микрофлоры в кишечнике (рис. 2,б) и достигает типичных для здорового организма уровней у обыкновенных мышей с нормальной микрофлорой (CNV) по сравнению с очень низкими базовыми значениями IgA у стерильных (GF) и антиген-свободных (AF) мышей. Уровни IgA, IgM, IgGI, секретируемые в отделах тонкого кишечника вследствие орального применения Bacillus subtilis (рис.2,а), соразмерны с их титрами, полученными при использовании для колонизации мышей других бактерий — нормальных комменсалов организма, таких как Escherichia coli Schaedler и Lactobacillus salivarius ASF 361 (рис.2,в). Более того, следует отметить, что обычно специфические антитела к тому или другому виду бактерий, представителей нормальной микрофлоры, существенно ниже уровня общих «натуральных» антител. Нами показано, например, что в случае использования для инокуляции мышей штамма Escherichia coli Schaedler уровень специфического IgA не превышает 100 ng/ml сразу после введения бактерий, тогда как уровень общего IgA в тех же тканях составляет около ISO mkg/ml в те же сроки эксперимента (рис.2,г). В случае колонизации мышей штаммом Bacillus subtilis отмечен сравнительно более высокий уровень общего IgA, тогда как специфический ответ остается соразмерным с индуцированным нормальными комменсалами кишечника, и достигает своего максимума в период от 7 до 14 дней (показано на рис.2,д на примере IgA). Полученные результаты на гнотобионтных мышах свидетельствуют о существенной иммуногенности бацилл, и, следовательно, отражают их выраженную способность стимулировать мукозный (локальный) иммунный ответ.
Приведенные выше и кратко проанализированные здесь механизмы действия биопрепаратов, в состав которых входят штаммы бацилл, позволяют условно выделить их в отдельную группу пробиотиков второго поколения (табл.3). От пробиотиков первого поколения они отличаются, прежде всего, тем, что не являются представителями индигенной нормофлоры, а представлены видами микроорганизмов, скорее относящимися к экзогенной (транзитной) нормальной микрофлоре организма. Соответственно, доминирующим механизмом их действия является четко выраженная высокая конкурентная способность за источники питания и высокие антагонистические свойства в отношении большинства патогенов, а не сильные адгезивные свойства.
Ранее нами были рассмотрены результаты первого опыта выращивания яичной птицы на АООО «Южный Холдинг» без применения антибиотиков путем выпаивания в профилактических целях Моноспорина-ПК [6]. В результате было получено здоровое и экологически чистое поголовье племенной птицы Хайсекс Белый, поддаваемое последующему наблюдению на протяжении всего периода яйценоскости. В таблице 4 наведены данные, иллюстрирующие экономическую эффективность Моноспорина-ПК. Получаемые привесы, сохранность поголовья были значительно выше, чем в контрольной группе с антибиотиками, тогда как производственные затраты были существенно ниже. Однако еще более убедительными являются данные о продуктивности птицы в результате применения Моноспорина-ПК на АООО «Южный Холдинг» (табл.5). При повторном назначении Моноспорина-ПК птице в возрасте 132-135 дней (Птичник № 18) отмечено повышение сохранности поголовья на 15,15% в апреле, 14,72% в мае, 16,03% в июне, 18,09% в июле по сравнению с контролем (Птичник № 2), где в те же сроки птице назначали антибиотик: 10% энроксил. Соответственно валовая продуктивность птицы (яйценоскость) в результате применения Моноспорина-ПК превышала контрольную на 8-20%. Менее значительным было влияние Моноспорнна-ПК при его повторном назначении птице в более поздние сроки в возрасте 380 дней (Птичник № 4). Сохранность поголовья не отличалась от таковой в контроле (Птичник № 5), однако и в этом случае валовая продуктивность возросла на 3-5%.
Результаты применения Моноспорина-ПК при выращивании бройлеров на СООО АФ «Птахивнык» приведены в таблице 6. Но особый интерес, по нашему мнению, заслуживает тот факт, что в опытной группе на фоне снижения затрат кормов на 4,4% происходило одновременное увеличение скорости привеса поголовья на 7,1% по сравнению с контрольной группой (с применением антибиотика), что в конечном итоге отразилось увеличением выхода биомассы до 3,9 кг/м2.
Аналогично высокую экономическую эффективность использования Моноспорина-ПК наблюдали при выращивании поросят на ООО «Агропромышленная компания» и ЗАО «Фридом Фарм Интернешнл» (табл.7). Уже в первые 30 дней отмечали увеличение сохранности опытных животных на 1% и прибавление веса на 0,7кг по сравнению с контрольной группой, получающей антибиотик. Эти показатели существенно улучшались на 60 день жизни поросят-сосунков и равнялись соответственно 3,3% и 1,2кг. При этом экономические затраты снизились вдвое.
Таким образом, результаты применения Моноспорина-ПК в производственных условиях убеждают в его высокой экономической эффективности и, главное, свидетельствуют о том, что его использование в профилактических целях вместо традиционных антибиотиков позволяет животноводству получать экологически чистую продукцию.
Выводы.
1. Успешность применения пробиотиков в ветеринарии во многом зависит от осуществления специфического подхода к каждому хозяйству, подбора схемы их применения с обязательным повторным контрольным тестированием их эффективности.
2. Выраженная способность штамма Bacillus subtilis, активной основы Моноспорина-ПК нейтрализовать влияние стафилококкового экзо- и сальмонеллезного эндотоксинов, а также его другие специфические свойства объясняют высокую эффективность его применения в ветеринарии.
3. Оральное введение Моноспорина-ПК существенно стимулирует синтез общих IgA, IgM и lgG в сыворотке крови, отделах тонкого кишечника, Пэйеровых бляшках (ПБ) и мезентеральных лимфатических узлах (МЛУ).
4. Доминирующим механизмом действия пробиотиков второго поколения является четко выраженная высокая конкурентная способность за источники питания и высокие адгезивные свойства.
5. Повышение сохранности и увеличение привесов поголовья птицы и поросят в результате применения Моноспорина-ПК наблюдается на фоне снижения кормовых затрат.
6. Использование Моноспорина-ПК в профилактических целях вместо традиционных антибиотиков позволяет получать экологически чистую продукцию в животноводстве и экономить средства.
Литература
1. Parker, R.B. Probiotics the other half of the antibiotics story. // Anim. Nutr. and Health. 1974, 29: 4-8.
2. Hart, A.L., Slagg, A.J., Frame, M, Graffner, H., Glise, H., FaIk, P., Kamm, M.A. Review article: the role of the gut flora in health and disease, and its modification as therapy. // Aliment Pharmacol. Ther. 2002, 16: 1383-1393.
3. Kirchgessner, M., Roth, F.X., Eidelsburger, U., Gedek, B. The nutritive efficiency of Bacillus cereus as a probioiic in the raising of piglets. 1. Effect on the grow parameters and gastrointestinal environment. // Arch. Anim. Nutr. 1993, 44: 111-121.
4. Boiko, N. Bacillus subtilis strain 090 as a basis of new probiotic «Monosporine-ПК». // Conference Proceeding, Slovakia, October 11-14, 2000: 33.
5. Boiko. N., Fabry, Z., Lytvyn, V., Mihaly, M. Profylactic effectiveness of a new bacterial bioprepcration, «Monosporine-ПК», against acute gastrointestinal infections of some agricultural animals and poultry. // Book of Abstract, 13th International Congress, August 29-Septcmber I. 1999, Budapest. — 11-12.
6. Бойко Н.В., Капелька А.Г., Карганян А.К., Ткачук А.А., Дворецкова О.Н., Буераков Ю.А. Производственная эффективность Моноспорина-ПК в ветеринарии. // Ефективне птахiвництво. 2005, 5: 5-15.
7. Бойко И.В. Протективна ефективнiсть бактерiального бiопрепарату Моноспорин-ПК в умовах сучасних агроекоценозiв // Бюлетень iнтституту сiльськогосподарськоÏ мiкробioлогiÏ. Чернiгiв. 2000, 8: 32-34.
8. Jiang H.O., Thurnheer М.С., Zuercher A.W., Boiko N.V., Bos N.A., and Cebra J.J. Interactions of commensal gut microbes with subsets of B- and T-cells in the murine host. // Vaccine. 2004,22:805-811.
9. Boiko, N. Anti-toxic effectiveness of the Bacillus subtilis strain 090 as a basis of a new probiotic «Monosporine-ПК» // Науковий вiсник УжДУ, cepiя Бiологiя. 2000, 8: 3-8.
10. Бойко Н.В., Ciбpa Дж.Дж. Нормальна мiкрофлора людини обумовлюс вiдповiдь органiзмy на ентеропатогени та оральнi толерогени? // Бюлетень Ветеринарна бiотехнологiя. 2002, 2: 23-31.
11. Cebra, J.J., Jiang, H.Q., Boyko, N.. Tlaskalova-Hogenova, H. The role of mucosal microbiota in the development, maintenance, and pathologies of the mucosal immune system. In Mucosal Immunology, 3rd edition. Elsevier Press. 2005: 335-368.