Apa yang harus diketahui produsen unggas tentang endotoksin

Bagian 1: Hubungan antara endotoksin, kesehatan usus, sistem kekebalan, dan kinerja hewan

Pengelolaan endotoksin yang efektif adalah tugas penting bagi produsen unggas, memungkinkan mereka untuk menjaga kesehatan dan produktivitas hewan mereka. Dalam bagian pertama dari seri dua bagian kami tentang pengelolaan endotoksin untuk unggas, kami melihat struktur LPS dan mode tindakannya untuk memahami konsekuensi sistem kekebalan dan kesehatan usus hewan unggas.

Mengapa endotoksin penting dalam produksi unggas

Mikrobioma usus merupakan pusat kesehatan kekebalan dan metabolisme hewan. Antara lain, faktor lingkungan dan stres yang berbeda, serta komponen dan perubahan pakan, mikotoksin yang dibawa oleh pakan, dan penggunaan antibiotik memengaruhi keseimbangannya yang rapuh. Saat mikrobiota bergeser, bakteri Gram-negatif (GNB) berkembang biak dan mati. Akibatnya, jumlah lipopolisakarida (LPS) yang lebih tinggi – juga dikenal sebagai endotoksin – dilepaskan ke dalam lumen usus.

Secara paralel, gangguan yang mengarah pada proliferasi GNB juga menurunkan fungsi penghalang usus; karenanya, endotoksin bisa masuk ke aliran darah. Mereka kemudian menyebabkan reaksi kekebalan yang mahal: sumber nutrisi hewan menyimpang ke sistem kekebalan, asupan pakan berkurang, kinerja terganggu, dan kesejahteraan terganggu.

Apa itu endotoksin dan bagaimana strukturnya

Lipopolisakarida bakteri (LPS) merupakan komponen utama membran luar dari semua GNB dan penting untuk kelangsungan hidupnya. LPS bersentuhan langsung dengan lingkungan sekitar bakteri. Mereka berfungsi sebagai mekanisme perlindungan terhadap respons imunologis inang dan serangan kimiawi dari garam empedu, lisozim, atau agen antimikroba lainnya. Tiga struktur mendefinisikan LPS: O-antigen, core region, dan Lipid A. Setiap struktur memainkan peran penting, baik untuk pertahanan GNB atau toksisitas LPS (Gambar 1).

Bagaimana endotoksin memicu respon imun pada hewan unggas

LPS terutama dilepaskan pada saat kematian dan lisis sel GNB, tetapi juga selama fase reproduksi dan pertumbuhan. LPS yang ada di usus memasuki sirkulasi dengan transportasi paraseluler di epitel usus – diperkuat oleh penghalang disfungsional – dan juga oleh transpor transeluler. Begitu LPS berada di aliran darah, mereka menyebabkan peradangan dan demam, diikuti oleh syok dan, akhirnya, kematian. Respon inflamasi ini membutuhkan peningkatan kadar sitokin, yang aktivasinya dimediasi oleh reseptor mirip tol 4 (TRL4), reseptor imun yang mengenali LPS.

Protein pengikat LPS (LBP) dan protein diferensiasi kluster (CD14) adalah yang pertama mengenali endotoksin; mereka kemudian mengaktifkan TLR-4 pada permukaan sel. Pengenalan LPS oleh TLR4 membutuhkan faktor pendamping: faktor diferensiasi myeloid 2 (MD2). Sebuah sinyal ke dalam sel memicu produksi sitokin pro-inflamasi. Gambar 2 dan 3 menjelaskan pemain dan proses yang terlibat secara lebih rinci.

1. LBP membentuk kompleks afinitas tinggi dengan LPS dan mengirimkannya ke CD14. LBP memperingatkan sistem kekebalan akan keberadaan endotoksin dan, pada saat yang sama, menetralkannya. Konsentrasi tinggi LBP menurunkan aktivitas endotoksin dan melindungi dari syok septik.

2. Interaksi LPS / CD14 dikenali oleh MD2 dan merangsang TLR4, sensor untuk LPS.

3. LPS yang mengikat ke MD2 menginduksi pembentukan multimer, yang terdiri dari dua salinan kompleks TLR4-MD2-LPS.

4. Perubahan TLR4 menginduksi perekrutan protein adaptor intraseluler yang mengandung domain reseptor tol / IL-1 (TIR), yang diperlukan untuk memulai pensinyalan intraseluler. Ini mengaktifkan jalur pensinyalan peradangan.

5. Adaptor yang mengandung domain reseptor TIR (TIR-AP), domain pensinyalan intraseluler, memediasi interaksi antara TLR4 dan molekul pensinyalan berikutnya, MyD88.

6. The Myeloid Differentiation Primary Response Gene 88 (MyD88) adalah protein konektor, yang menghubungkan protein yang menerima sinyal dari luar sel ke protein yang menyampaikan sinyal di dalam sel. Ini mengaktifkan protein yang mengaktifkan jalur NFκB.

7. Faktor inti kappa-light-chain-enhancer dari sel B yang teraktivasi (NF-κB) adalah kompleks protein yang ada di dalam sel dalam bentuknya yang tidak aktif. Bertindak sebagai penanggap pertama dalam kasus rangsangan berbahaya, mengendalikan transkripsi DNA, produksi sitokin, dan kelangsungan hidup sel.

8. TNF, IL-1, IL-6 & IL-8 adalah sitokin proinflamasi, yang menstimulasi pelepasan prostaglandin dan leukotrien. Hal ini kemudian menyebabkan peradangan dan kemungkinan syok septik, gejala utama endotoksemia.

Singkatnya, ketika LPS masuk ke aliran darah, mereka memicu respons kekebalan yang menyebabkan demam, asupan makanan yang lebih rendah, dan, kadang-kadang, septikemia. Energi dialihkan untuk mempertahankan respons imun yang meningkat ; dengan demikian, endotoksin menekan kinerja pertumbuhan dan efisiensi pakan. LPS juga memicu atau memperburuk berbagai penyakit atau gangguan yang mengganggu kesehatan hewan, seperti stres panas dan stres oksidatif, dan mereka memediasi perubahan patologis-imun di hati, bursa, dan usus, serta di saluran reproduksi.

Toleransi endotoksin

Paparan LPS yang berulang menginduksi toleransi kekebalan terhadap patogen Gram-negatif. Ini terjadi karena sitokin anti inflamasi dilepaskan untuk mencegah kerusakan jaringan akibat peradangan yang berlebihan. Imunosupresi akibat toleransi endotoksin dapat meningkatkan risiko infeksi sekunder dan titer vaksinasi yang rendah. Sering terpapar patogen Gram-negatif dan jumlah bakteri yang lebih besar menghasilkan toleransi yang lebih cepat. Hewan produksi unggas dalam situasi stres yang terus-menerus beresiko mengembangkan toleransi endotoksin dan penyakit terkait.

Endotoksin mengganggu kesehatan usus unggas

Saluran gastrointestinal dan mukosa adalah organ imun terbesar, di mana beberapa mekanisme regulasi imun secara bersamaan melindungi tubuh dari agen berbahaya. Usus menampung beragam komunitas bakteri – termasuk Clostridium perfringens , yang dapat menyebabkan enteritis nekrotik -, jamur, protozoa, dan virus, yang melapisi dinding usus. Bakteri gram negatif adalah bagian dari mikrobiota hewan unggas; jadi, selalu ada LPS di usus.

Di bawah eubiosis, hal ini tidak mempengaruhi hewan secara negatif karena sel epitel usus kurang responsif terhadap LPS saat distimulasi dari sisi apikal. Namun, ketika LPS ada di membran basolateral, dan sitokin inflamasi diregulasi, mereka merangsang sekresi LBP ke dalam lumen usus. Kemudian, TLR4 dan MD2 diekspresikan di sisi apikal sel usus, respon imun dimulai, dan perubahan struktur dan fungsi epitel terjadi.

LPS mempengaruhi persimpangan yang ketat

Persimpangan ketat merupakan pusat dari fungsi penghalang selektif dari epitel usus. Mereka dibentuk oleh protein yang menutup ruang paraseluler antara sel epitel yang berdekatan. Struktur dinamis ini berinteraksi dan merespons lingkungan usus dan faktor-faktor yang mempengaruhinya, termasuk pakan, nutrisi, bakteri, dan racun.

Peningkatan ekspresi dan sirkulasi sitokin proinflamasi – yang dapat dipicu oleh LPS – berdampak negatif pada ekspresi protein tight junction. Hal ini mengganggu fungsi penghalang usus, meningkatkan permeabilitas usus dan membuat hewan mudah terserang penyakit.

Gambar 5 menunjukkan tingkat ekspresi yang berkurang, relatif terhadap hewan kontrol, protein persimpangan ketat di jejunum dari ayam pedaging berusia 21 hari yang ditantang dengan injeksi intraperitoneal 1mg / kg berat LPS (hari 17, 19, dan 21). Peningkatan regulasi INF- γ dan IL-1 yang diinduksi LPS, juga ditunjukkan dalam penelitian ini, yang menyebabkan penurunan ekspresi protein tight junction.

Endotoksin meningkatkan stres oksidatif

Tantangan LPS juga menyebabkan stres oksidatif, yang mengganggu fungsi penghalang usus. Kadar malondialdehyde (MDA), produk degradasi oksidatif utama, meningkat, sedangkan ekspresi seluler enzim antioksidan dan kapasitas antioksidan total di mukosa usus menurun.

Gambar 6 mengumpulkan hasil dari berbagai studi dengan tantangan LPS dari 0,5 hingga 1,5 mg / kg berat badan (dalam urutan tantangan terendah hingga tertinggi). Serum MDA berkisar dari 1,3 hingga 1,7 kali tingkat kontrol non-tantangan, menunjukkan bahwa tantangan LPS menyebabkan stres oksidatif di usus kecil.

Endotoksin mengganggu integritas usus dan menyebabkan apoptosis

Tantangan LPS dapat sangat mengganggu morfologi usus ayam pedaging, seperti yang ditunjukkan oleh penurunan tinggi vili dan rasio tinggi vili / kedalaman ruang bawah tanah. Ketinggian vili sangat penting untuk penyerapan nutrisi; rasio tinggi vili / kedalaman ruang bawah tanah menunjukkan pergantian jaringan dan kapasitas penghalang usus untuk melakukan berbagai fungsi seperti pencernaan dan penyerapan.

Peradangan dan stres oksidatif dapat menyebabkan apoptosis yang tidak proporsional (Gambar 6) dan penurunan proliferasi sel di tingkat usus, merusak fungsi penghalang dan kekebalan. Awalnya, apoptosis dipicu oleh peningkatan regulasi TNF-α, dan, pada tahap selanjutnya, oleh stres oksidatif yang lebih tinggi.

Garis bawah: LPS dapat membahayakan kesehatan usus

Kami mempelajari bagaimana LPS memulai respon imun yang menyebabkan demam dan menurunkan asupan pakan serta menekan kinerja pertumbuhan dan efisiensi pakan. Ini terjadi karena hewan perlu mengalihkan energi ke sistem kekebalan untuk mendukung peningkatan responsnya.  Paparan berulang terhadap endotoksin, kemungkinan besar karena stres, dapat menekan respons kekebalan, yang membuat hewan produksi unggas lebih rentan terhadap penyakit.

Selain itu, LPS dapat merusak beragam fungsi usus karena respons peradangan mengarah pada fungsi penghalang yang lebih rendah, stres oksidatif, dan apoptosis sel usus. Pada gilirannya, faktor-faktor ini menurunkan kinerja dan membuat hewan lebih rentan terhadap patogen yang parah dan infeksi sekunder.

Kami mengeksplorasi bagaimana endotoksin mempengaruhi kesejahteraan dan kinerja pada hewan produksi unggas dan berbagai faktor yang mempengaruhi tingkat kerugian pada bagian 2. Juga, lihat bagian 2 untuk mempelajari tentang bagaimana manajemen kesehatan usus dan penggunaan produk anti-endotoksin yang cerdas dapat mendukung produsen unggas dalam mengatasi endotoksin. Adv

Referensi tersedia berdasarkan permintaan.