プロバイオティクスの免疫調節の可能性: 家畜の健康、免疫力、生産性を改善するための新しい戦略 パート 1
Jun 27, 2023
概要：
過去 10 年間、家畜における抗生物質成長促進剤の禁止により、動物生産における飼料サプリメントとしてのプロバイオティクスの使用が大幅に増加しました。 このレビューでは、家畜に適用されるプロバイオティクス製剤の現状、限界、および見通しについて概要を説明します。 最近、家畜にプロバイオティクスを使用すると、家畜の健康、免疫力、成長能力、栄養消化率、腸内微生物のバランスが大幅に改善されることが示唆されています。
さらに、動物におけるプロバイオティクスの使用は、消化管内の潜在的な病原性細菌の特異的な分泌と競合的排除を通じて宿主の免疫応答を刺激することにより、動物の有益な微生物集団と微生物代謝回転の平衡化に役立つことが報告されました。 最近、プロバイオティクスを対象とした食事と、有害な微生物と競合してそのニッチを獲得するその能力の理解に大きな関心が集まっています。
したがって、本レビューでは、家畜の飼料に最も一般的に使用されるプロバイオティクス製剤と、それらが動物の健康に及ぼす影響を調査します。 要約すると、この記事は、抗生物質による健康な成長戦略に代わるより良い代替手段としてのプロバイオティクスの製剤に関する深い知識を提供します。
善玉微生物とは、乳酸菌やビフィズス菌など、人の体内に生息し、人の健康に有益な微生物のことを指します。腸内フローラのバランスを整え、腸の健康を維持し、食物の消化吸収を促進し、健康を維持する働きがあります。免疫力を高める役割。 重要な役割。
免疫とは、外来病原体の侵入に抵抗する人体の能力を指し、免疫系は免疫の正常な働きを保証する重要な部分です。 腸内フローラと免疫力には密接な関係があります。 腸内では、有益な微生物が次のようなさまざまな方法で免疫力を向上させます。
1. 有益な微生物は病原菌の増殖を抑制し、人体への侵入を減らし、免疫システムを保護します。
2. 有益な微生物は免疫系の反応を刺激し、病原菌を認識して攻撃する能力を向上させ、免疫力を強化します。
3. 有益な微生物は腸粘膜細胞の成長を促進し、腸のバリア機能を強化し、有害物質の血液循環への侵入を防ぎ、免疫系への負担を軽減します。
したがって、腸内の有益な微生物集団のバランスを維持することは、免疫力を強化し、病気の発生率を減らすのに役立ちます。 同時に、人々は食事の調整とプロバイオティクスの適切な補給を通じて有益な微生物の増殖を促進し、免疫力を向上させるという目的を達成することができます。 この観点からも免疫力を高める必要があります。 シスタンシュは免疫力を大幅に向上させることができます。 肉灰には、多糖類、2 つのキノコ、黄栗など、さまざまな生物学的に活性な成分が含まれています。これらの成分は免疫システムを刺激します。 さまざまな種類の細胞が免疫活性を高めます。
キーワード:
抗菌性。 家畜; 健全な成長戦略。 プロバイオティクス。 プロバイオティクスの免疫調節効果。
1. はじめに
抗菌薬耐性は世界的な健康問題であり、年間数万人の死者を出しています。 さらに、肉と乳製品の消費に対する世界的な需要は、前例のない急速な速度で増加しています[1]。 この需要を満たすために、多くの国は、動物の健康を維持し、発育と生産性を高めるために抗菌（AM）薬を使用する集約的な家畜生産システムに移行しています[2、3]。
たとえば、Van Boeckel et al. (2015) は、2010 年から 2030 年の間に、世界の畜産業における AM 剤の消費量が 67% 増加した一方、BRICS 諸国 (ブラジル、ロシア、インド、中国、南アフリカ) は 67% になります。 さらに、デンマークは、1996 年にデンマーク統合添加剤製造耐性モニタリングおよび研究プログラム (DANMAP) の名の下で、認可された抗菌剤の製造/販売データを報告した最も先頭に立った国でした。 2011 年、欧州医薬品庁の獣医薬消費監視グループ (ESVAC) は、2005 年以降の 8 か国 (チェコ共和国、デンマーク、フィンランド、フランス、オランダ、ノルウェー、スウェーデン、英国) における獣医薬 AM の販売に関する最初の報告書を発表しました。このレポートは、すべての EU 諸国における AM 売上の概要を提供します。
さらに、北米諸国とカナダは、AM 耐性と AM 使用を報告するカナダ総合プログラム (CIPARS) のために、2008 年に AM 耐性モニタリングのための販売データの収集を開始しました。 アジアでは、日本は AM エージェントの使用を報告するために日本獣医 AM モニタリング システム (JVARM) を立ち上げた最初の国です [4]。 また、畜産動物の飼料におけるAM剤使用の世界的な傾向を図1に示しました。したがって、安全で健康な家畜生産のためには、プロバイオティクスを活用したAMフリーの給餌システムの確立が求められています。
家畜で最も一般的に使用されるプロバイオティクスは、乳酸菌 (LAB) とビフィズス菌の株です [5]。 さらに、家畜の胃腸管（GI）感染症は、畜産農家に経済的にマイナスの影響を与える世界的な大きな問題であると考えられています[6]。 これに関連して、腸内細菌叢を操作することによって動物の健康、福祉、生産量を向上させるために飼料サプリメントを使用する可能性が、過去 30 年間にわたってかなりの注目を集めてきました。 抗生物質は家畜の消化管感染症の予防と治療に広く適用されています。 しかし、家畜における抗生物質の無作為な使用は、腸内細菌叢の破壊だけでなく、人体に長期にわたる影響を与える抗生物質耐性の発生の原因となります[7-9]。 プロバイオティクスは、胃腸管疾患を治療し、宿主の内因性免疫機能を強化するための潜在的な代替療法として使用される可能性があります (図 1)。
反芻動物やブタ (表 1 ～ 3) の動物の能力を向上させるために、数多くのプロバイオティクスが使用される可能性があります。 多くの研究により、プロバイオティクスが病原体に対して AM 効果を発揮し、動物の健康と生産性を改善できることが実証されています [10、11]。 以前、私たちのグループはブタ腸上皮 (PIE) 細胞株を樹立し、PIE 細胞が免疫調節 LAB (免疫生物 LAB) の選択に有用な in vitro ツールであることを実証しました。 さらに、我々のグループは、in vitro および in vivo 免疫生物 LAB がブタ宿主における消化管病原体に対する耐性を改善するための優れた代替手段であることを実証しました。
さらに、私たちの研究室は、免疫調節機能を持つプロバイオティクス乳酸菌が、PIE 細胞の機能を制御することで腸内の免疫応答を有益に調節できることを示しました (表 2 および 3) [10-15]。 これは、適切なプロバイオティクス菌株を介して腸内細菌叢と子豚の免疫を調節し、より良い成長パフォーマンスをもたらすことを推奨している以前の研究とは対照的です。 したがって、畜産の安全で健全な生産を確保するには、無毒の給餌システムと食品安全システムを確立する必要があります。
最近の研究では、プロバイオティクスを添加した食餌が豚の健康状態、成長能力、腸の形態を大幅に改善することが示唆されています[16]。 同様に、複数種のプロバイオティクス飼料には、腸内細菌叢の調節を介して豚の成長成績と健康状態を促進する優れた可能性があることが示唆されました [17]。
したがって、このレビューでは、最近の科学文献の概要と、豚、牛、ヤギ、羊などの主要な家畜種の動物の健康と生産性の観点からの示唆を提示します。 この総説では、in vitro 動物モデルにおける腸上皮細胞 (IEC) におけるプロバイオティクス LAB による免疫調節作用のメカニズムも調査しています。
2. 家畜における抗菌薬使用の世界的傾向
動物性タンパク質摂取に対する世界的な需要の高まりにより、細菌が AM 耐性を獲得する圧力が高まっています。 最近、使用された動物 AM 因子のキログラム当たりの世界の平均年間消費量は、牛で 45 mg、豚で 172 mg の範囲内であることが最近報告されました [63]。 さらに、世界の AM 消費量は 2010 年から 2030 年の間にそれぞれ 67% (63,151 トンから 105,596 トンへ) 増加すると推定されています (図 1)。
2010 年から 2030 年にかけて、家畜消費の急速な増加傾向により、発展途上国における生産慣行の転換に圧力がかかり、大規模なアグリビジネス システムが大規模な農業手順に置き換えられることになります [4]。 BRICS 諸国では、AM の消費傾向は 99% 増加すると予想されており、これはこれらの国々で予測される国民所得の伸びを上回ります。
例えばインドでは、AM剤の消費割合（1平方キロメートルあたり30kg）が2030年までに312パーセントに急増する可能性がある。奇妙なことに、FDAによって人間の健康にとって医学的に重要であると考えられているAM剤のほぼ70パーセントが使用されていた米国の家畜に感染し、最終的には人間の健康と動物福祉を脅かしている[64]。 したがって、EUや日本などの多くの国は、成長促進剤としてのAM剤の使用を禁止しています。 さらに、中国や米国を含む他の国々は、動物の飼料への抗生物質の添加を禁止することを計画しており、研究は人間の健康に影響を与えない成長促進剤に焦点を当てている[65]。
これらの問題に対する潜在的な代替解決策は、家畜の健康と生産性を高める効果があるプロバイオティクスなどの天然由来の食事添加物を添加することです (表 1 ～ 3)。 家畜におけるプロバイオティクス LAB を用いた最近の研究では、LAB が抗生物質による成長促進剤の代替戦略として使用される可能性があることが示唆されました [11、18、32、59-62]。
3. 豚生産のための生体内研究におけるプロバイオティクスの応用
ブタのプロバイオティクスとして最も一般的に使用される微生物を表 1 および 2 に示します。ラクトバチルス属は、宿主の腸の最も顕著な構成要素の 1 つと考えられるかもしれません。 さらに、今日まで、豚における乳酸菌の使用に関連する安全上の注意事項に関するそのような報告はまとめられていない。 成長期の豚において、プロバイオティクスの補給は動物の平均体重とともに飼料摂取量に有益な効果を示しています。
さらに、プロバイオティクスの添加により、血液補体の活性が大幅に低下しましたが、抗体レベル、マクロファージ、および白血球の活性には変化が認められませんでした[18,19]。 一方で、プロバイオティクス治療は家畜の成長性能、品質、生産性の向上に役立つ可能性があります[11、20、21](表3)。
新生児へのプロバイオティクスの経口補給は、早産子豚の初期の粘膜関連定着パターンを変化させ、その結果、早産子豚の新生児を妨げる最も重篤な胃腸障害の一つである、粘膜萎縮や下痢を含む腸機能不全を軽減します[22,23]。 さらに、子豚は、出生時から離乳後まで、発育遅延や下痢を引き起こす病原性微生物が腸内に定着しやすい状態にあります。 したがって、この期間を通じてプロバイオティクスが提案されており、多くの研究でそのような製品の有効性が示されています[11]。
離乳後のブタへのプロバイオティクス (L. ロイテリ、B. サブティリス、および B. リケニフォルミス) の補給が動物の能力を向上させることが示唆されました [24]。 プロバイオティクスの補給は、栄養素の消化率を改善し、糞便中のサルモネラ菌や大腸菌の含有量を減らし、血清IgGレベルを改善し、おそらく局所感染に対する抵抗力も改善することにより、腸の健康を促進するのに役立つと結論付けられました。
また、0.1 パーセント（1.5 × 109 CFU/g）のプロバイオティクス（B. コアギュランス、B. リケニフォルミス、B. 枯草菌、および C. butyricum）を栄養補助食品として摂取すると、成長パフォーマンスと栄養素の消化率が向上する可能性があることも報告されています。 、血液プロファイルを分析し、乳酸桿菌と大腸菌の濃度を調節し、離乳期の豚の糞便からの有毒ガス放出を減少させることができます[66]。
カンタスら。 (2015) は、B. toyonensis が健康と発育能力を改善し、離乳後の子豚の腸内病原菌を防ぐことができると報告しました [25]。 0.1パーセント濃度の複数株のプロバイオティクスは、成長促進戦略の代替として使用される可能性がある[26]。 プロバイオティクス LAB は、子豚の局所免疫応答を刺激し、腸構造を強化するだけでなく、病原微生物の腸内定着を減少させる優れた能力を実証しました [27,67]。 一方、プロバイオティクス株の起源、異なる飼育におけるプロバイオティクスの用量の増加、子豚の年齢、飼料システムは、同じプロバイオティクス株でも対照的な結果を示す可能性がある[68]。
増水らの結果 (2019) は、L. salivarius FFIG131 および L. salivarius FFIG71 が、将来的には新しい免疫飼料の開発のための免疫生物学的候補として使用される可能性があり、それによってブタ宿主における免疫の健康状態を啓発する効果が高まる可能性があることを示唆しています [29]。 離乳期の豚に B. subtilis PB6 を給餌すると、糞便のアンモニアと下痢が減少するとともに、飼料効率が向上し、免疫力が向上しました [30]。
Islamらによる生体内研究。 (2021) は、豚に L. plantarum N14 で発酵させたラックピクルスジュースを使用した場合、免疫生物学的給餌が顕著な健康上の利点をもたらし、それにより飼料摂取量、効率、枝肉の品質が向上することを明らかにしました [31]。
さらに、Sudaらによる別の研究。 (2021) は、免疫生物学的 L. delbrueckii subsp. Delbrueckii TUA4408L おから飼料は、子豚の成長性能と肉の品質を大幅に改善しました [32]。 ティアンら。 (2021) L. ロイテリ 1 (LR1) または抗生物質 (オラキンドックスおよびオーレオマイシン) を添加した食餌が胸最長筋 (LT) に及ぼす影響を調査し、プロバイオティクスは治療を受けた豚の健康状態と枝肉の品質を向上させる可能性があると結論付けました。対照群[33]。 プロバイオティクス B. subtilis PB6 を食事に補給すると、アンモニアの排出と下痢の発生率が低下するとともに、成長能力と免疫力が強化されました [30]。
さらに、L. plantarumを添加した飼料は成長性能を大幅に向上させ、離乳期の豚の糞便中の乳酸菌の含有量を増加させ、大腸菌数を減少させた[34,69]。
4. 反芻動物の生産のための生体内研究におけるプロバイオティクスの応用
成熟した反芻動物用のプロバイオティクスは、主に飼料消化の主要部位となる第一胃区画を標的とするために選択されてきた[70]。 多種多様な完全嫌気性細菌、繊毛虫原生動物、嫌気性真菌、古細菌がルーメン微生物生態系を構成し、食品成分の 70 ～ 75 パーセントの分解と発酵を担っています [71,72]。 生きた酵母 (サッカロミセス) 製剤は、反芻動物用に最も一般的に販売されている製品です [73,74]。 生きた酵母は、乳製品の反芻動物の免疫力を向上させることでパフォーマンスを向上させることが証明されています[75]。
毎日の生酵母の補給は、肉牛の成長指標 (1 日の平均体重増加、最終体重、摂食量など) を増加させることも示されています [39,76]。 これらの効果のほとんどは、培養可能な第一胃微生物集団全体の濃度の増加に関連しており、これがセルロース分解性微生物の増殖活性の強化と繊維消化率の増加につながります。 これまでの多くの研究では、反芻動物のプロバイオティクスがその能力を向上させることが示されている[77,78]が、一部の研究では[79]、ほとんど変化が見られないか、まったく変化が見られなかった。
さらに、最近の研究では、酵母由来のプレバイオティクスと枯草菌の共生補給により、フィードロット受け入れ期間中の健康状態と全体的な生産性が大幅に改善されたことが示唆されています[80]。 さらに、プロバイオティック酵母製品の補給により、これらの食餌を与えられた牛の炎症反応が改善されることが実証されました。 結論として、サッカロミセスベースの製品が動物の能力に及ぼす全体的な利点は、牛の健康状態の改善と栄養素の消化率の向上に関連している可能性があります[81]。
このプロバイオティクスは、生後最初の 1 か月間、子牛に与えられ、腸内細菌叢と成長能力、およびいくつかの生体測定パラメータを強化しました [41]。 したがって、大量の複合プロバイオティクスは、ホルスタイン種の子牛の第一胃の発育と健康状態を促進することが示唆されています[82]。 バチルス菌の胞子とヌクレオチドを含むプロバイオティクスは、子牛の発育、福祉、または糞便細菌に相乗効果を及ぼさないことが報告されています。 しかし、ヌクレオチドの補給により、乳酸菌の糞便レベルが低下する[83]。
離乳後の栄養補給としてプロバイオティクスを与えられた子羊は、飼料変換率、成長パフォーマンス、栄養素の消化率の点でより良いパフォーマンスを示したようです[44]。 乳牛に経口投与されたプロバイオティクスは、免疫および恒常性に関与する遺伝子を含む遺伝子発現に対して全身的な効果を示した[45]。 張ら。 (2016) は、ホルスタイン種の子牛に L. plantarum と B. subtilis を豊富に含む飼料を開発することを目的としており、L. plantarum を含む開発された飼料は、成長能力と栄養素の消化率を改善し、子牛の離乳ストレスを軽減しました [43]。
水牛の子牛の場合、L.アシドフィルスを補給すると体重増加と飼料効率が増加した[46,84]。 この研究は、LAB を含む発酵乳が健康と成長にプラスの影響を与えるため、若い子牛にとって有益である可能性があることを示唆しています [46,84]。 飼料にルミノコッカス フラベファシエンスを補給すると、羊の生産能力が向上しました [48]。 Izadiらによっても述べられています。 (2020) プロバイオティクス B. coagulant は牛乳および乳製品食品の品質を向上させる改善因子として使用できることが報告されています [79,85]。
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