سود یا زیان؟ پاسخ شما در میکروبیوتاست
تاریخ، ساعت: 25 مهر 1403, 15:03ITPNews دکتر امین کاظمی، مدیر علمی شرکت فن آوری زیستی طبیعت گرا
چکیده
با افزایش تقاضا استفاده از افزودنیهای خوراک در صنعت طیور در سرتاسر جهان محققین و شرکت ها در راستای تولید محصولات جدید و بررسی کارایی این محصولات اقدام به بررسی و چاپ مقالات فراوانی کردند. در همین رابطه گزارش شد که از ابتدای سال 1970تا انتهای سال 2018 میلادی تعداد مقالات چاپشده در نشریات معتبر بین المللی در رابطه با موضوعات پروبیوتیک، پری بیوتیک و سین بیوتیک بصورت صعودی افزایش یافت که این نتایج گواه بر کاربرد و تأثیر این محصولات بر عملکرد گله های طیور می باشد. ما در این مقاله بهمرور جنبه های جدیدی از تأثیر پروبیوتیک ها بر عملکرد گله های طیور تجاری میپردازیم.
موفقیت اقتصادی در طیور
برای بیش از یک دهه، ما در گروه بایوران از تولیدکنندگان طیور میشنویم که یکنواختی گله یکی از محرکهای کلیدی موفقیت اقتصادی است. شانس موفقیت اقتصادی زمانی افزایش مییابد که پرورش گله با وزن مورد انتظار خود در سن مشخص با کاهش تنوع در وزن بدن بین پرندگان به پایان برسد. برای ارائه یک چارچوب مشخص، برای گلههای گوشتی تجاری، که در آنها پرندگان نر و ماده با هم رشد میکنند، تغییرات در زمان عرضه از 11 تا 18 درصد متغیر است. برای گلههای نر، این تغییرات به 8 تا 10 درصد کاهش مییابد. اگر مشکلی نیز در بین پرندگان وجود داشته باشد این تنوع میتواند بسیار بالاتر از این باشد.
عوامل مختلف تأثیرگذار بر تنوع وزن در گله های تجاری
اولین منبع تنوع، ژنتیک است. جوجههای گوشتی تجاری برادر و خواهر نیستند و قطعاً شبیهسازیشده نیز نیستند. درحالیکه این پرندگان از فارم های مختلف پرورشی میآیند، درنتیجه مطمئناً تنوع ژنتیکی بین آنها وجود دارد. بدون تنوع ژنتیکی در گلههای والد، هیچ بهبودی در متغیرهای عملکردی نمیتوان ایجاد کرد و پرندگان تجاری ظرفیت خود را برای سازگاری با چالشهای جدید در محیط خود از دست میدهند. یک نوع جدید از یک بیماری، که همه پرندگان با ژنتیک یکنواخت به آن حساس هستند، ممکن است موجب را از بین رفتن پرندگان شود.
دومین منبع تنوع، سن گله ی مرغ مادر است. وزن جوجههای گوشتی که از تخمهای مرغهای جوان بیرون میآیند، نسبت به جوجههای که توسط مرغهای مسنتر حاصلشدهاند، متغیرتر هستند. سن متغیر مرغهای مادر یک واقعیت تغییرناپذیر در تولید تجاری است و نمیتوان آن را بهعنوان منبع تنوع حذف کرد.
سومین منبع تنوع را میتوان بهعنوان مجموع شرایط محیطی و فیزیکی که تخمها / جنینها / جوجهها از لحظه تخمگذاری تا زمان قرار دادن جوجههای تازه هچ شده در مزرعه با آن مواجه میشوند طبقهبندی کرد. این عوامل شامل پاکسازی و ضدعفونی تخم مرغ ها، شرایط جوجهکشی، پردازش تخممرغها در مرحله هچری، بررسی جوجه ها پس از جوجهکشی، حملونقل و حضور در مزرعه است. همه این فرآیندها را میتوان برای کاهش تنوع بهینه کرد، اما با توجه به مقیاس و گستره تولید به شیوه مدرن، غیرممکن است.
منبع چهارم تنوع، تحت عنوان شیوههای مدیریت یاد میشود. آیا پرندگان شما فضای کافی برای تغذیه دارند؟ آیا آنها فضای کافی در سطح بستر دارند؟ آیا آنها به خوراک، هوا و آب تمیز دسترسی دارند؟ آیا به مشکلات سلامتی آنها رسیدگی میشود؟ بازهم، مدیریت را می توان در محدوده هزینه های محتاطانه بهینه کرد، اما حتی در بهترین مزارع مدیریتشده، پرندگان همچنان تجربیات متغیری خواهند داشت.
پنجمین و آخرین منبع تنوع، منبعی که ما در گروه بایوران معتقدیم بیشترین شانس تأثیرگذاری مثبت را با کنترل آن داریم، درواقع ایجاد و نگهداری یک میکروبیوم روده قوی است. پرندگان دارای یک میکروبیوم طبیعی سالم و قوی هستند و درنتیجه عملکرد خوبی خواهند داشت. پرندگان مبتلابه دیس بیوز (یک میکروبیوم ناسالم، غیرطبیعی و ناپایدار) ممکن است برای زنده ماندن تلاش کنند و مطمئناً عملکرد خوبی نخواهند داشت. این مطالعه برای به دست آوردن درک بهتری از این منبع تنوع انجامشده است.
تغییرات در میکروبیوم یک عامل تأثیرگذار در عدم یکنواختی گله
برای پاسخ به این سؤال، مطالعهای در سال 2021 توسط لوندبرگ و همکاران انجام شد، که در آن 218 جوجه نر در یک پن پرورش یافتند. جهت کاهش تأثیر چهار منبع اولیه تنوع تا حد امکان، همه پرندگان از جوجههایی بودند که تقریباً گله مادر هم سن داشتند و عمر تخممرغ برابر داشتند، همه آنها از یک دستگاه هچر آمده بودند، همه آنها نر و از یک نژاد بودند. در روز 37 وزن بدن هر پرنده از 1514 گرم تا 3134 گرم متغیر بود.
از مجموعه 211 جوجههای گوشتی 37 روزه باقیمانده در آزمایش، 25 جوجه با سبکترین وزن و 25 پرنده با سنگینترین وزن را کشتار کردند و میکروبیوم محتویات سکوم آنها را مورد تجزیهوتحلیل قراردادند. جهت این کار از دو روش شناختهشده برای آشنایی با ترکیب ژنتیکی میکروبیوم در هر نمونه استفاده شد. این ترکیب از روشها، این امکان را میدهد تا خانوادهها، جنسها و حتی گونههای باکتری های موجود در نمونه های محتویات سکوم پرندگان را شناسایی کنند.
نتایج واقعاً عجیب و درعینحال دقیق بود، بطوریکه با نگاهی به دادههای دو گروه، وزن بدن گروه پرندگان بزرگتر یکنواختتر از گروه پرندگان کوچکتر بود. برای گروه پرندگان کوچک، میانگین وزن بدن 1808 گرم، با انحراف معیار 122 گرم و ضریب تغییرات 75/6 درصد بود (جدول 1). در مقابل، پرندگان بزرگ تقریباً 1100 گرم سنگینتر بودند، با انحراف معیار کوچکتر در حدود 100 گرم و CV که نصف گروه پرندگان کوچک بود (شکل 1).
میکروبیوم در میان و بین پرندگان بزرگ و کوچک بهطور قابلتوجهی متفاوت بود
برای هر پرنده، هرچه تعداد انواع مختلف میکروارگانیسمهای مفید بیشتر باشد و توزیع یکنواختتر آن میکروارگانیسمها (با استفاده از شاخص «تنوع آلفا» تعیین میشود) به وجود آید، بهتر است. در این آزمایش نمرات تنوع آلفا (با استفاده از شاخص شانون یا تنوع) پرندگان بزرگ بهطور قابلتوجهی بیشتر (P<0.05) و تغییرات کمتری در این گروه نسبت به پرندگان کوچک مشاهده شد (شکل 2).
برای مقایسه میکروبیومهای یک گروه، تنوع پایین در نمره بتا بهعنوان یک مزیت در نظر گرفته میشود، درحالیکه تنوع بالا در نمره بتا ممکن است نشاندهنده پاسخهای فردی به چالشهای اساسی همچون عفونت، واکسیناسیون، تراکم و جیره بیکیفیت باشد. با استفاده از روشهای مختلف آماری برای تجزیهوتحلیل در این مطالعه، تنوع بتا در میکروبیوم های پرندگان بزرگ بهطور قابلتوجهی کمتر از میکروبیوم های پرندگان کوچک بود.
در تصویر شماره 3، میبینید که تنوع بتا مربوط به دسته میکروبیوم موجود در محتویات گروه پرندگان بزرگ که به رنگ آبی نمایش دادهشده است تنگ تر است و تقریباً بهطور کامل از دسته نسبتاً بزرگ میکروبیوم برای پرندگان کوچک که به رنگ قرمز نشان دادهشده است جداشده است.
دادههای شکل 4 به ما نشان میدهد که میکروبیومهای پرندگان با وزن بیشتر نسبت به پرندگان کوچک با وزن کم دستهبندی فشرده تری دارند، حتی اگر همپوشانی جزئی وجود داشته باشد. با توجه به این نمودارها تنوع کمتری در بین دسته های میکروبیوتای پرندگان بزرگ وجود دارد. بااینحال، چشمگیرترین یافته از تجزیهوتحلیل فاصله Bray-Curtis (شکل 5) حاصل شد، جایی که میتوانیم مشاهده کنیم که تنوع پرنده به پرنده در میکروبیومهای گروه پرندگان بزرگ بسیار کمتر (0001>P) از گروه پرندگان کوچک بود، به این معنی که جمعیت میکروبی در بین پرندگان بزرگ تقریباً مشابه هم بود درحالیکه تنوع جمعیت میکروبی در بین پرندگان کوچک بسیار زیاد بود. بر اساس چهار تجزیهوتحلیل که تنوع آلفا و بتا را ارزیابی کردند، نتیجه میگیریم که میکروبیوم های پرندگان کوچک و بزرگ بهطور قابلتوجهی متفاوت هستند.
تاکسونومی نشان می دهد که چه چیزی میکروبیوم پرندگان بزرگ را قوی تر میسازد
در میان میکروبیوم پرندگان کوچک، فقط پنج گونه وجود داشت که نسبتاً فراوانتر بودند. در مقابل، میکروبیوم پرندگان بزرگ دارای 31 گونه بودند که نسبتاً فراوانتر بودند. این کاملاً با تنوع بالای شاخص آلفای مشاهدهشده در میکروبیوم پرندگان بزرگ مطابقت دارد.
کافی است بگوییم که چه به خانوادهها، چه جنسها یا گونهها در بررسی میکروبیوتای سکوم نگاه کنیم، در بین ارگانیسمها گونهای که بیشترین فراوانی را در میان میکروبیومهای پرندگان بزرگ داشتند، با تولید اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه مرتبط هستند، که به ترکیبات ضدالتهاب معروف هستند و بهعنوان عوامل مثبت در روده پرندگان و پستانداران در نظر گرفته میشوند (شکل 6). در مقابل، تعداد بیشتری از گونههای شناختهشده بهعنوان گونه¬های عامل بروز التهابی یا مرتبط با لاغری در میان میکروبیومهای پرندگان با جثه کوچک یافت شد.
پرندگان با جثه بزرگ و وزن بیشتر میکروبیوم قویتری دارند
مشخص شد که پرندگان با جثه بزرگ تنوع آلفای میکروبی بالاتر، یکنواختی میکروبیوم بالاتر (یعنی تنوع بتا کمتر در گروه پرندگان بزرگ)، سطوح بالاتری از گونههای باکتریایی تولیدکننده SCFA و مرتبط با سلامت مانند Lachnospiraceae، Faecalibacterium، Butyricicoccus، Christenenellales و Bifidobacterium را داشتند و سطوح کمتری از Akkermansia muciniphila و Escherichia coli را در مقایسه با پرندگان کوچک داشتند.
با نگاهی به این موضوع، ما معتقدیم که داشتن یک میکروبیوم قوی که در آن تعادل مثبت باکتری های مفید در مقابل باکتری های عامل التهاب وجود دارد، پرندگان را قادر میسازد تا آنچه را که نیاز دارند از خوراک خود دریافت کنند و از مواد مغذی بهطور کامل استفاده کنند و تا جایی که محیط به آنها اجازه می دهد به پتانسیل ژنتیکی خود نزدیک شوند. تنوع آلفای بالا اغلب با یوبیوز (تعادل در میکروبیوتای روده)، یک میکروبیوم قوی و احتمال موفقیت بالاتر همراه است. اینکه تنوع بتا میکروبیوم در بین پرندگان با جثه بزرگ کم بود، این ذهنیت را در مورد حفظ شرایط ایده آل میکروبیوم که باید توسط تولیدکنندگان بررسی شود، تقویت میکند.
استقرار اولیه یک میکروبیوم قوی ممکن است کلید اصلی موفقیت در پرورش باشد
میدانیم که تفاوت بین این دو گروه از پرندگان در این آزمایش نمیتواند بهطور حتم به دلیل تقسیمبندی در سالنهای پرورش و پنهای آزمایشی، سن گله مادر باشد. البته این موضوع ممکن است، اما بسیار بعید است که فضای پرورش یک عامل محدودکننده باشد. همچنین، درحالیکه هتروزیگوسیتی و چندشکلی ژنتیکی هنوز در بین پرندگان وجود دارد، بعید است که این نوع تنوع باعث تفاوت وزن زیادی در این جمعیت شود.
توضیح بسیار محتملتر میتواند به عوامل محیطی از جوجهکشی تا محل پرورش و توسعه اولیه یک میکروبیوم قوی مربوط باشد. بیایید فرض کنیم که از زمان خروج از تخم تا روز اول در یک مزرعه پرورش طیور، زیرمجموعهای از پرندگان وجود دارند که میکروبیوم کمی ضعیفتری نسبت به جفتهای خود دارند. این پرندگان ممکن است بهخوبی همسالان خود احساس خوبی نداشته باشند، ممکن است کمتر غذا بخورند و بنوشند و به دلیل وضعیت گرسنگی بیشتر، ممکن است بیشتر به بستر نوک بزنند.
این رفتارها احتمالاً رشد اولیه را محدود میکند و احتمال جمعآوری ارگانیسمهای پیش التهابی یا سایر ارگانیسمهای بالقوه مضر را از محیط افزایش میدهد. با ادامه این روند، شانس تغییر تعادل میکروبیوم به سمت دیس بیوز افزایش مییابد. پرندگان مبتلابه دیس بیوز مانند پرندگان دارای شرایط یوبیوز مواد مغذی را جذب نمیکنند و این خود موجب بروز تفاوت در وزن و ضریب تبدیل پرندگان در یک دوره می شود.
پرندگان درگیر به دیس بیوزیس ازنظر دستآوردهای روزانه از همتایان خود عقب میافتند و به دلیل کوچک بودن جثه، رقابت کمتری برای فضای تغذیه خواهند داشت و پس از سایر پرندگان تغذیه می کنند. آنها همچنین فشار بیشتری ازجمله فضای کمتر برای استراحت و تغذیه را از سوی پرندگان بزرگتر تجربه خواهند کرد. این چرخه معیوب تا زمانی ادامه مییابد که برخی از پرندگان نتوانند زنده بمانند، درحالیکه آنهایی که هم زنده می¬مانند در رشد و نمو ناکام خواهند بود و عملکرد خوبی از خود بجای نمیگذارند. نتیجه نهایی عدم یکنواختی ناشی از یک میکروبیوم ناپایدار است.
علیرغم تلاشها برای مدیریت منابع ایجادکننده تنوع در بین جوجههای گوشتی، ازجمله تمرکز بر شیوههای مدیریتی مناسب، هنوز ناهمگونی قابلتوجهی در وزن بدن در گلههای گوشتی وجود دارد که بر احتمال موفقیت تجاری تأثیر منفی میگذارد.
هدف از این مطالعه بررسی رابطه بین کیفیت میکروبیوم سکوم و وزن نهایی پرندگان بود. درک اینکه چگونه یک میکروبیوم قوی روده ممکن است به یکنواختی گله کمک کند و اینکه چگونه آشفتگی های اولیه میکروبیوم می تواند محرک وقوع عدم یکنواختی گله باشد، تا به هموار کردن راه برای شناسایی روشهایی برای بهبود یکنواختی گله و عملکرد مثبت طیور در آینده کمک کند.
تأثیر پروبیوتیک بر محور روده-مغز و عملکرد تولید در جوجه های گوشتی
جوجه های گوشتی از زمان جوجه کشی تا زمان کشتار در سیستم های تولید تجاری پرورش می یابند. جوجه های گوشتی تجاری باهدف رشد سریع، افزایش عملکرد لاشه و توانایی رشد در سیستمهای تولید مدرن انتخابشدهاند. در سطح جهانی، تلاشهای رو به رشدی وجود دارد تا اطمینان حاصل شود که پرندگان در شرایط طبیعی و رفاه پرورش می¬یابند. این تمایل به بهبود رفاه منجر به ایجاد فرآیندها و شیوههای استاندارد در مورد مواردی مانند تراکم گله، برنامه نوری، کیفیت هوای سالن پرورش، بهداشت آب مصرفی، کاهش انتشار گاز آمونیاک و کاهش بروز درماتیت کف پا شده است. جالبتوجه است، شواهد علمی زیادی وجود دارد که نشان میدهد یک میکروبیوم روده¬ی متعادل و مفید با تأثیر بر محور روده- مغز- میکروبیوم بر بهبود عملکرد و رفاه پرندگان مرتبط است.
پروبیوتیک ها در محور روده - مغز نقش دارند
تغذیه روزانه پرندگان با یک پروبیوتیک مؤثر بر میکروبیوتا می تواند عملکرد و سلامت طیور را بهبود بخشد. بهطور خاص، مکملهای غذایی پروبیوتیک می¬توانند سرعت رشد، راندمان مصرف خوراک، یکنواختی گله، مرگومیر و کاهش افت لاشه در زمان کشتار را بهبود بخشند. تحقیقات گذشته در انسان، تعاملات دو جهتِ را در محور روده- مغز- میکروبیوم نشان داده است.
میکروبهای روده از طریق حداقل سه کانال موازی و متقابل شامل مکانیسمهای سیگنال دهنده عصبی، غدد درونریز و ایمنی با سیستم عصبی مرکزی ارتباط برقرار میکنند. در مطالعهای که توسط هو و همکاران انجام شد (2018)، مکمل غذایی پروبیوتیک (Bacillus subtilis) رفتارهای پرخاشگرانه را در مرغ های تخمگذار کاهش داد. علاوه بر این، در موشها، مکملهای پروبیوتیک و اثر آنها بر روی میکروبیوم منجر به آزاد شدن عوامل عصبی از غدد درونریز شد که متعاقباً بر فراوانی نسبی سروتونین (هورمون رفاه) و تریپتوفان تأثیر گذاشت (Ezenwa et al., 2012). تریپتوفان، یک اسید آمینه ضروری، پیش ساز در بیوسنتز سروتونین و ملاتونین است.
شکل1: الگوی محور مغز-روده: سلول های انتروکرومافین (معروف به سلولهای کولچیتسکی) در روده بیش از 90 درصد سروتونین بدن را تولید می کنند
علاوه بر بهبود بهره وری در عملکرد گله، استفاده روزانه از یک پروبیوتیک بسیار مؤثر در نظر گرفته می شود، بطوریکه می تواند بر رفاه طیور تأثیر مثبت بگذارد. مکانیسمهای سلولی نهفته در تغییرات رفتاری که بر رفاه پرندگان تأثیر میگذارد ممکن است شبیه به آنچه در موشها و انسانها توصیفشده است باشد.
سنجش تأثیرات استفاده از پروبیوتیک:
متغیرهای رفتاری شاخصهای خوبی هستند
آزمایشی در جوجههای گوشتی برای تعیین اثرات یک پروبیوتیک تجاری، مبتنی بر باسیلوس انجام شد که در ابتدا این سویه به دلیل توانایی آن در مهار گونههای سالمونلا، E. coli، Clostridium spp و سایر پاتوژنهای کلیدی صنعت طیور مورد توجه قرار گرفت.
در این بررسی چهار تیمار با هشت تکرار مورد آزمایش قرار گرفتند که هر کدام شامل 400 قطعه جوجه گوشتی نر یک روزه بود.
کنترل مثبت (آنتی بیوتیک)
کنترل منفی(بدون آنتی بیوتیک)
گروه پروبیوتیک با 500 گرم در تن خوراک
اسید آلی و اسانس گیاهی با 300 گرم در تن خوراک
داده های عملکرد پرندگان مانند مصرف خوراک، وزن بدن، ضریب تبدیل خوراک و مرگ و میر (%)، به صورت هفتگی جمع آوری شد. اثرات گروهای آزمایشی بر رفتار پرندگان با استفاده از آزمون LTL (یک روش رفتاری برای ارزیابی سلامت پا در جوجه های گوشتی با ثبت مدت زمانی است که پرنده پس از قرار گرفتن در وضعیت ایستاده در آب ولرم می نشیند) و آزمون AP (این تست یک تست تحریکی برای مفصل SI است) در سن 42 روزگی مورد بررسی قرار گرفت. غلظت سروتونین پلاسما به عنوان شاخص استرس در سن 40 روزگی اندازه گیری شد و از 8 درصد جوجه های گوشتی از هر تیمار نمونه برداری شد (کشتار به روش قطع گردن). پرندگان در گروه مصرف کننده پروبیوتیک در مقایسه با سایر تیمارها آرامش بیشتری داشتند و راحتتر بودند، همانطور که زمان ایستادن طولانیتر در تست LTL را از خود نشان دادند (شکل 1).
پرندگان در گروه پروبیوتیک در مقایسه با سایر تیمارها کمتر بدخلق بودند (شکل 2) که نشان دهنده وضعیت نسبی آرامش آنها است. در واقع میزان واکنش سایر گروه ها در مقایسه با گروه پروبیوتیک بیشتر بود.
سطوح سروتونین در گردش خون تأثیر مثبتی داشته است
سروتونین (5-هیدروکسی تریپتامین؛ 5-HT) به عنوان یک انتقال دهنده عصبی حیاتی برای توسعه و عملکرد صحیح سیستم عصبی مرکزی شناخته شده است. قابل توجه است که 90 درصد سروتونین بدن در روده توسط سلول های انتروکرومافین تولید می¬شود. چندین نشریه ارتباط مثبت قوی بین سلامت مخاط روده و تولید سروتونین را گزارش کردند. هرچه مخاط روده سالم تر باشد، غلظت سروتونین تولید شده توسط پرندگان بیشتر می شود.
پروبیوتیک ها عملکرد پرنده را بهبود می بخشند
تغذیه روزانه پروبیوتیک در مقایسه با سایر گروه¬ها منجر به بهبود قابل توجهی (P<0.05) در وزن نهایی بدن، ضریب تبدیل خوراک و ضریب تبدیل اروپایی شد.
پیامدهای استفاده از پروبیوتیک ها بر رفاه حیوانات
حلقههای ارتباطی بین مغز، روده و میکروبیوم روده وجود دارد که میتواند با تغذیه روزانه از پروبیوتیکهای مؤثر تأثیر بگیرد. هنگامی که پرندگان با جیره های حاوی پروبیوتیک تغذیه می شوند، به طور قابل توجهی راحت و آرام تر هستند (مدت طولانی تر می ایستند) و کمتر عکس العمل هیجانی نشان میدهند (لمس آنها راحت تر است). علاوه بر این، هورمون سروتونین در مقایسه با سایر گروه های درمانی به طور قابل توجهی بالاتر بود. تغذیه روزانه یک پروبیوتیک موثر بر میکروبیوتا باعث بهبود عملکرد و مهمتر از آن از منظر رفاه و پایداری حیوانات، موجب رفاه بیشتر جوجه های گوشتی از طریق تاثیر بر محور روده - میکروبیوم می شود.