Konakçı-Mikrobiyal Ekoloji ve β-mannan

04 Mart 2024

Utku Kutu – Veteriner Hekim

Tavuk gastrointestinal (GIT) sistemi diyet ve sağlık arasındaki bağlantıların altını çizen karmaşık bir mikrobiyal topluluğa ev sahipliği yapar.

1 Milyon bakteri

GIT mikrobiyal çeşitlilik açısından ortalama 1 milyon bakteri geni barındırmaktadır. Bağırsak bütünlüğü ve işlevselliği konakçının ihtiyaçları (bağışıklık sistemi) diyet ve bağırsak mikrobiyotası arasında bir denge olduğunda optimize edilir. Besin tedariği ve eksojen enzimler bu süreçte önemli rol oynar.

Utku Kutu, “Yumurtadan çıktıktan sonra ilk birkaç gün, civciv beslenmesinde dramatik bir değişiklik görülür.”

Yumurtadan çıktıktan sonra ilk birkaç gün, civciv beslenmesinde dramatik bir değişiklik görülür ve yüksek oranda sindirilebilir, yumurtadan elde edilen besin kaynağı, çok daha değişken bir besin değerine sahip diyet bileşenleri ile değiştirilir. Buna karşılık, GIT sisteminde de bazı değişiklikler şekillenir ve daha önce gerekli olmayan bir dizi sindirim enziminin (örneğin, amilazlar, alfa limit dekstranazlar, maltaz) üretimi başlar ve ince bağırsağın emici yüzeyinde önemli bir artış olur. Bu yeni besin kaynağı, sindirime aktif olarak müdahale eden ve böylece yumurtadan yeni çıkan civcivin doku büyümesi taleplerini karşılama yeteneğini azaltan bileşikleri beraberinde getirir.

Yaşamın ilk döneminde önemli bir ihtiyaç olan protein sindirilebilirliğinin yağdan ve nişastadan daha zayıftır.

Yaşamın ilk döneminde önemli bir ihtiyaç olan protein sindirilebilirliğinin yağdan ve nişastadan daha zayıf olduğunu ve bu ‘boşluğun’ aminoasit sindirilebilirliğinin maksimuma yaklaştığı 10 günlük süreçte yaşandığını belirtmek yerinde olacaktır. Aynı zamanda ilk kolonizatörler ve mikrobiyota, zaman içinde istikrarlı ve farklı bir popülasyonun yaratılması için temel bir ortam sağlar. Başlangıçta, tavukların bağırsağı fakültatif aeroblar tarafından kolonize edilir ve daha sonra anaeroblar ile ikame edilir. Aerobik bakterilerin üretken büyümesi ve oksijen tüketimi, bağırsak ekosisteminde zorunlu anaeroblar tarafından devam eden büyümeyi ve kolonizasyonu destekleyen indirgeyici koşullar yaratır.

Optimum bağırsak sağlığı için amaç, yararlı mikrobiyal metabolitleri optimize etmek ve yangıya neden olan maddeleri ve toksinleri en aza indirmek veya ortadan kaldırmaktır. Bu bağlamda, en çok arzu edilen sonuç, minimum protein ve optimal karbonhidrat fermantasyonudur.

Bu nedenle civcivin büyüme ve gelişme yeteneği yüksek oranda sindirilebilir yemlere hızlı erişime bağlıdır, öyle ki yumurtadan elde edilen besinlerden diyetten elde edilen besinlere geçişte karşılaşılan problemler olduğunca kısa süreli olmalıdır.

Eksojen enzim uygulaması civcivde sınırlı sindirim kabiliyetinin bir sonucu olarak genellikle en önemli dönem olarak düşünülse de ilerleyen yaşlarda daha yüksek proteinli, daha düşük enerjili diyetlerden daha düşük proteinli, daha yüksek enerjili diyetlere geçerken konakçı ve mikrobiyata arasındaki denge yönetiminde, bağırsak sağlığını ve verimliliği optimize eden fizyolojik homeostaz için önemli kazanım olarak görülmektedir.

Bağırsak sağlığına katkıda bulunan sadece besinlerin sindirilebilirliği üzerine etkili olan eksojen enzimler değil, sindirim sisteminde bulundukları sürece immun yanıta neden olan besin maddelerin hidrolizini gerçekleştirerek hem ince bağırsakta hem de kalın bağırsakta mikrobiyota modülasyonu üzerinde etkili olan eksojen enzimlerdir.

Kanatlı sağlığı ve NSP’ler

Monogastrik hayvan rasyonlarında kullanılan bitki yemleri, nişasta olmayan polisakkaritler açısından zengindir ve baskın fraksiyonlar olarak hemiselüloz ve selüloz bulunur¹. Protein yem maddeleri, β-(1-4) glikozidik bağlarla bağlı D-mannoz birimleri açısından zengin bir hemiselüloz türü olan β-mannanlar açısından özellikle zengindir². Genel olarak, yem maddelerindeki başlıca β-mannanlar glukomannan ve galaktomannandır ve bazı yem maddelerinde konsantrasyon %30 DM’ye kadar çıkabilir³. Diğer diyet nişasta olmayan polisakkaritlerin aksine, β-mannanlar, hücre zarı mannoz reseptörleri (MR) tarafından tanınabilen mikroorganizmaların hücre duvarlarında bulunan karbonhidrat kısımlarına benzer⁴⁻⁵. C-tipi lektin olarak MR, makrofajlar ve dendritik hücreler tarafından eksprese edilir ve antijen tespiti ve adezyonu, patojen enfeksiyonları ve sinyal iletimi için çok önemlidir⁶⁻⁷. Bu bağlamda, β-mannanlar, gastrointestinal sistemi kaplayan birkaç hücreli MR yoluyla patojenle ilişkili moleküler paternler (PAMP) olarak tanınabilir. β-mannanların bağırsak hücrelerine bağlandığı veya lokal ve sistematik bağışıklık tepkileri uygulamak için kan dolaşımına geçtiği varsayılmıştır⁸⁻⁹⁻¹⁰⁻⁴.

β-mannanların bağırsak hücrelerine bağlandığı veya lokal ve sistematik bağışıklık tepkileri uygulamak için kan dolaşımına geçtiği varsayılmıştır.

Sonuç olarak, yem ile alınan β-mannanlar, bağırsak iltihabına, zayıf besin kullanımına ve hayvan verimliliğinin azalmasına yol açan yem kaynaklı bağışıklık tepkisi (FIIR) olarak adlandırılan bir fenomen aracılığıyla bağışıklık tepkisi uyarımı ile ilişkilidir. β-mannanlar, gastrointestinal mikrobiyal ekoloji üzerinde etkileri olan besinlerin normal sindirim ve emilim süreçlerini de engelleyebilir.

Konak fizyolojisi ve bağırsak ekolojisini modüle etmede β-mannanaz kavramları

İmmünometabolizma

Yumurtlayan tavuk diyetlerinde ß-mannanaz takviyesinin ana etkisi, ß-mannan kaynaklı enflamatuar yanıtların köreltilmesi ve/veya bağırsak sisteminde prebiyotik benzeri hidroliz ürünlerinin salınması ile ilişkilendirilmiştir. Çeşitli çalışmalar, ek ß-mannanazın bağışıklık sistemi modülasyonunu karakterize etmiştir¹¹⁻¹⁰⁻⁴.

Gastrointestinal ekoloji

Bağırsak bağışıklık sistemi, kommensal mikrofloraya nispeten yanıtsız kalırken, patojenik ve patojenik olmayan antijenlere yanıt verme zorluğuna sahiptir. β-mannanlar gibi diyet lifi bileşenlerinin gastrointestinal mikrobiyota ekolojisini etkilediği bilinmektedir. Bu nedenle, lif fraksiyonunun β-mannanaz gibi lif parçalayıcı enzimlerle hidrolize edilmesi, mikrobiyal ekolojiyi modüle edebilen lif parçalarını potansiyel olarak serbest bırakabilir³. İn vitro çalışmalar, ß-mannanazın ß-mannan omurgasından kısa ß-1,4-mannoligosakkaritler (ß-1-4-MOS) salgıladığını göstermiştir¹²⁻¹³⁻¹⁴⁻¹⁵⁻¹⁶⁻¹⁷.

Kümes hayvanlarında tepkiler

ß-mannanaz takviyesinin enerji kullanımı üzerindeki etkisi, kısmen daha hafif lenfoid organlara (imüs, dalak ve bursa) bağlı inflamatuar yanıtın azalmasıyla ilişkilendirilmiştir¹⁸.

Özet

Yem maliyeti, karlı ve sürdürülebilir hayvansal protein üretimi için belirleyici bir faktördür ve öyle kalacaktır. Eksojen enzimler, yem bileşenlerinin esnek kullanımı ve hayvansal üretimin çevresel etkisinin azaltılması yoluyla yem maliyetlerini yönetmek için yaygın olarak fırsat kabul edilmektedir. Bununla birlikte, büyümeyi teşvik etmek için antibiyotik kullanımının kısıtlanması gibi ortaya çıkan sorunlar, eksojen enzim uygulamasında yeni kavramları teşvik etmektedir.

Bu nedenle, doğal diyet β-mannanların ek β-mannanaz ile hidrolizi, mannan hidroliz ürünlerinin salınımı, patojenik bakterilerdeki azalma ve kısa zincirli yağ asitlerinin artan üretimi gelişmiş yem verimliliği üzerinde etkileri ile gösterildiği gibi bağışıklık tepkisini indükler ve bağırsak sağlığını iyileştirir. β-mannanaz gibi eksojen enzim kullanımının inflamasyonu ve bağırsak mikrobiyotasını modüle ettiğinin kabul edilmesi, belirli üretim koşulları altında hayvan sağlığına fayda sağlayabilen eksojen enzimlerin tercih edilmesini teşvik edecektir.

Keyifli okumalar dileriz.

Kaynaklar:

1. Bach Knudsen, 1997
2. Chen ve diğerleri, 2018a
3. Kiarie ve diğerleri, 2021
4. Arsenault ve diğerleri, 2017
5. Mathiesen ve diğerleri, 2019
6. Taylor ve diğerleri, 2005
7. Arsenault ve diğerleri, 2017
8. Zhang ve Tizard, 1996
9. Duncan ve ark., 2002
10. Arsenault ve Kogut, 2015
11. Klasing, 2007
12. McCleary, 1979
13. Okubo ve ark., 1994
14. Mudgil ve ark., 2018
15. Mary ve diğerleri, 2019
16. Yin ve ark., 2020
17. Suryawanshi ve Kango, 2021
18. Li ve diğerleri, 2010