Selekcja genetyczna może wpływać na skład flory bakteryjnej jelit oraz na wrażliwość na zakażenie.

Oporność bakterii na antybiotyki jest problemem globalnym. Masowe stosowanie antybiotyków w przemysłowej hodowli trzody chlewnej jest główną przyczyną zwiększenia liczby bakterii opornych. W szczególności infekcje jelitowe wymagają stosowania dużych ilości antybiotyków, a zatem poprawianie stanu zdrowia jelit u świń będzie znacząco wpływało na zużycie antybiotyków.

Mikroflora jelit jest kluczowa w ustaleniu statusu zdrowotnego przewodu pokarmowego.

Sprawność jelit zależy od wielu czynników takich jak efektywność trawienia i przyswajania składników odżywczych, statusu immunologicznego, chorób przewodu pokarmowego oraz składu flory bakteryjnej jelit. Flora ta jest złożoną i dynamiczną strukturą złożoną z ponad 1000 różnych gatunków, co więcej jest ona niezbędna dla utrzymania zdrowia jelit u wszystkich ssaków. Te mikroorganizmy mają potencjał do modulowania wielu czynników, które oddziałują na zdrowie. Większość bakterii to ważni komensale, którzy zapewniają wiele korzyści dla gospodarza, takich jak rozkład substancji odżywczych, aktywację genów, które uczestniczą w procesie wchłaniania substancji odżywczych, suplementację witamin, rozwój odporności oraz zapobieganie kolonizacji patogenów. Oznacza to, że zbilansowanie składu tych mikroorganizmów jest ważnym narzędziem, które pozwala kontrolować stan zdrowia jelit.

Kolonizacja jelit zależy od wielu czynników genetycznych i środowiskowych, które dopiero ostatnio zaczęto precyzować i rozumieć. Potrzebujemy zdobyć więcej informacji w jaki sposób kolonizacja jest kontrolowana, które mechanizmy molekularne są wykorzystywane do potencjalnego modulowania mikroflory jelit tak, aby wpływały one na zdrowie całego organizmu.

Genetyka jest ważna, ponieważ pozwala kontrolować które mikroorganizmy zasiedlają jelita.

Genetyka umożliwia regulacje procesu kolonizacji bakteryjnej, w szczególności przez naturalną mutacja w α1,2-fukozylotransferazy 1 (FUT1), która wydaje się odgrywać istotną rolę. Mutacja FUT1 kontroluje infekcje enterotoksycznej E. coli (ETEC F18) (Meijerink et al., 2000). ETEC F18 jest odpowiedzialna za znaczną część infekcji jelitowych, występujących szczególnie u świeżo odsadzonych prosiąt. Dalsze informacje o tym, w jaki sposób genetyczne mutacje wpływają na zdrowie jelit są bardzo cenne i mogą potencjalnie przyczynić się do zmniejszenia zapotrzebowania na stosowanie terapii antybiotykowych w produkcji trzody chlewnej.

FUT1 steruje zespołem struktur ważnych w procesie kolonizacji jelit przez bakterie

FUT1 jest enzymem, który wspiera konstrukcję specyficznych cząsteczek cukru poprzez przeniesienie jednostek fukozyl do łańcucha węglowodanów. Wszystkie komórki są opłaszczone specyficznymi cząsteczkami rozpoznawczymi, umożliwiają one wzajemne oddziaływania. Najczęściej składają się one ze właściwych cukrów, które połączone są z konkretnymi białkami lub lipidami. Takie cukry są również bardzo ważne dla życia drobnoustrojów w jelitach, z jednej strony utrzymując mikroorganizmy w ścianie jelita, z drugiej strony stanowiąc dla nich ważne źródło substancji odżywczych (Rys.1). Zmiana dostępności tych cukrów równie dobrze może mieć fatalne konsekwencje dla niektórych bakterii.

Rysunek 1: Wzajemne oddziaływanie bakterii i glikanów jest ważne dla kolonizacji bakterii w jelitach, cząsteczki bakteryjne przywierają do określonych glikanów na komórkach gospodarza.

Nasze ostatnie badania wykazały, że specyficzna odmiana genu FUT1 kontroluje ekspresję niektórych cukrów w jelicie (Hesselager i wsp. 2016). Te szczególne struktury cukrowe są znane także jako antygeny grup krwi tkankowej, zaobserwowano ich wpływ na adhezję bakteryjną (Gagneux i Varki 1999), ale dopiero od niedawna wiadomo, że są one połączone z białkami znajdującymi się w komórkach jelitowych. Tak więc, nasze odkrycie zdecydowanie popiera tezę, że białka fukozo-cukrów stwarzają możliwości manipulowanie kolonizacją bakteryjną jelit.

Czy selekcja genetyczna może poprawić status zdrowia jelit u świń?

Mamy już ustalone jak wygląda bezpośredni łańcuch wydarzeń łączący naturalnie występującą mutację genetyczną z konkretnymi zmianami biochemicznymi w cząsteczkach cukru występujących w jelitach, a także znamy jej bezpośredni wpływ na zdrowie i wrażliwość patogenu (rys.2). Ta wiedza otwiera drzwi do lepszego zrozumienia wpływu genetyki na zdrowie jelit oraz pozwala wykorzystać ją w celu poprawy zdrowia trzody chlewnej poprzez selekcję.

Rysunek 2: : Łańcuch zdarzeń pokazujący wpływ mutacji w genie FUT1 na zmiany zachodzące w cząsteczce cukru oraz zmodyfikowanie kolonizacji jelit i wrażliwości na zakażenie.

Mutacja genu FUT1 zapewnia odporność na zakażenia ETEC F18. Jednak cukry występujące w jelitach są powszechnie wykorzystywane jako punkt przyłączenia mikroorganizmów lub jako źródło substancji odżywczych także przez inne bakterie także te odgrywają ważną rolę dla zdrowia zwierząt. Oznacza to, że aby w pełni zrozumieć wpływ tej mutacji na zdrowie zwierząt musimy dowiedzieć się w jaki sposób wpływa to na inne bakterie szczególnie te będące składnikami dobrej flory bakteryjnej jelit.

Możemy stwierdzić że selekcja genetyczna jest narzędziem mogącym prowadzić do poprawy i utrzymania wysokiego statusu zdrowotnego jelit u świń, a w przyszłości może stać się alternatywą dla obecnie stosowanych w nadmiarze antybiotyków.