22/02/2020
Kanatlı hayvanlara ait mikrobiyota, mikroorganizmaları incelemek için tekniklerin keşfedilmesinden bu yana çalışmalara sıklıkla konu olmuştur. İntestinal mikrobiyotanın beslenme ve fizyolojik ihtiyaçları hakkındaki bilgiler, önceleri, laboratuvar koşullarında kolayca üretilebilen türlerle sınırlıydı. Ancak bu sonuçlar, diğerlerinin yanı sıra PCR, DGGE, T-RFLP, klonlama ve sekanslama dahil olmak üzere moleküler teknikler benimsenene kadar tavukların intestinal mikrobiyotasının gerçek kompozisyonu ve davranışını gizlemekteydi (1). Bu nedenle, DNA sekanslama tekniklerinin daha uygun ve daha az zaman alıcı hale gelmesiyle birlikte, intestinal mikrobiyotaya ait net verilerin elde edilmesi adına önemli ilerleme sağlanmıştır. Bu ilerlemeyle birlikte, özel olarak üretilmemiş mikroorganizmalar da dahil olmak üzere, intestinal mikrobiyotanın gerçek kompozisyonu ortaya çıkarılmış ve tavuk fizyolojisindeki rolü hakkında yeni bilgiler elde edilmiştir (1). İntestinal ekosistemi incelemek için moleküler araçların ve geleneksel kültür tekniklerinin kombinasyonu, holobiontun işleyişiyle ilgili etkileşimleri ortaya çıkarmamıza izin vermektedir. Yapılan çalışmalar mikrobiyotanın kanatlı fizyolojisini etkilediği mekanizmaları aydınlatmakta, dolayısıyla üretimde özel etkiler için tasarlanmış mikrobiyal modulatörlerin geliştirilebilmesine olanak sağlamaktadır. Bu yazımızda bölümlere ayıracağımız bu geniş konu içinden, mikrobiyotanın yaşa ve döneme göre gelişimi, farklılaşması ve olgunlaşması üzerindeki etkiler ile intestinal homeostazı değerlendireceğiz.
"Holobiont” terimi, kommensalizm ve mutualizm ile, konak ve konakla ilişkili mikroorganizmaların bir araya gelerek oluşturduğu “omurgalı süperorganizma”yı tanımlamak için kullanılmaktadır (8, 9). Konağın maksimum genetik potansiyeline ulaşması için mikrobiyal konsorsiyumla arasında mükemmel bir denge gerekmekte ve aslında her omurgalı türünün mikrobiyomu ile birlikte genomlar geliştirebileceği görülmektedir. Örneğin, intestinal mikrobiyota, bağırsak içinde konağın birçok işlevini etkileyen karmaşık bir ortam oluşturmaktadır. Bu mikroorganizmaların etki alanındaki görevler arasında müsin degradasyonu, patojen populasyonu ve davranışının kontrol edilmesi, enflamasyonun regulasyonu, bağırsakta farklılaşma ve gelişimin uyarılması yer almaktadır. Hayvansal gıda üretiminde, besin sindirimini ve emilimini etkileme amacıyla, bağırsak sistemindeki mikrobiyal grupları manipüle etmek için birçok strateji kullanılmaktadır. Ek olarak enfeksiyonlara direnç ve zoonotik patojenlerle kolonizasyon mikrobiyomdan etkilenebilmektedir. Yararlı mikroorganizmaların sayısını artırmaya yönelik yaygın yaklaşımlar arasında, probiyotikler gibi doğrudan beslenen (direct-fed) mikrobiyaller ve mikrobiyotanın istenen üyelerini besleyen prebiyotik katkı maddelerinin kullanımı yer almaktadır. Kompetatif ekskluzyon ürünleri ve antimikrobiyal ajanlar, istenmeyen mikroorganizmaların sayısal avantajını baskılamak için kullanılmaktadır. Tüketicilerin daha “sağlıklı” et ve yumurta kaynağı talepleri nedeniyle, bu yaklaşımları etkin bir şekilde uygulamaya yönelik ilgi artmaktadır.
Tavuk intestinal kanalının bakteriyel bileşimi statik değildir; bağırsak kanalının farklı kompartmanlarında, hayvanın yaşı ve içinde bulunduğu bakım-besleme koşullarıyla ilişkili farklılıklar görülmektedir (10). Kanatlı, yaşamının erken dönemlerinde, mikrobiyotanın mikrobiyal kompozisyonu beslenme gibi dış faktörlerden ziyade, yaş ve genetik gibi konağa özgü faktörlerden (11) daha fazla etkileniyor gibi görünmektedir. Bu varyasyonların anlaşılması, patojenlerin etkisini azaltacak ve üretim verimliliğini arttıracak stratejiler tasarlamak için büyük önem taşımaktadır.
Pre-hatched
Yumurta kabuğu, mikroorganizmalara karşı bir bariyer oluşturmaktadır (12). Ancak yumurta kabuğunu koruyan kütikülün bozulması, mikroorganizmaların yumurtanın iç yapılarına ulaşmasına neden olabilmektedir (13). Yönetim açısından bakıldığında, bu, yumurta bırakıldıktan kısa bir süre sonra, kümes, taşıma bandı veya toplama platformunda gerçekleşebilir. Bu nedenle tavuktan civcivlere vertikal bulaşma, memelilerden farklı olsa da, mümkündür. Salmonella, Escherichia coli, Mycoplasma ve Campylobacter gibi patojen mikroorganizmalar vertikal olarak bulaşabilmektedir (14 - 16). Salmonella ve Mycoplasma çalışmaları, bakterilerin overlerde bulunabileceğini göstermiştir. Bunlara paralel olarak yararlı mikroorganizmaların da vertikal olarak bulaşabileceği hipotezi mantıklı görünmektedir. Tavuğun reprodüktif kanalının anatomisi, embriyonun – muhtemelen – yumurta kabuğu oluşumundan önce biriken mikroorganizmalarla kolonize olduğunu göstermektedir. Gelişme sırasında, özellikle embriyolar amniyotik sıvıyı yutmaya başladığında, mikroorganizmalar embriyoların bağırsağında yerleşebileceği düşünülmektedir. Ayrıca, yumurta sarısı kesesinde mikroorganizmalar mevcutsa, embriyonik gelişimde yumurta sarısı ile birlikte bağırsağa alınabilir.
Bakterilere embriyonik maruziyet mutlaka ölümcül değildir ve hatta civciv embriyoları patojenik bakteri suşlarını taramak için kullanılmıştır (17). Moleküler analiz, düşük bir çeşitlilik gösteren basit bir mikrobiyota mevcudiyeti, embriyolarda canlı bakterilerin bulunabileceği göstermiştir (18, 19). Clostridium, Propionibacterium ve Lactobacillus türlerinin varlığı, ticari kanatlı hayvan yetiştiriciliği koşullarında bile, bu organizmaların tavuklardan civcivlere vertikal olarak bulaşabileceğini ispatlamaktadır.
Starter
Yumurtadan çıktıktan hemen sonra civcivler çevrelerindeki mikroorganiz-malarla temas etmektedir. Yumurta inkübatörü, civcivlerin mutualistik etkilere sahip olmayabilen mikroorganizmalarla yumurtadan çıkmalarına imkan sağlayan bir mikrobiyal kontaminasyon kaynağıdır (20, 21). Su ve gıda tüketimi, yeni mikroorganizmalara hızlı bir şekilde maruziyetle sonuçlanmakta ve dolayısıyla müdahale, taşıma ve aşılama süreci, kanatlı hayvanların bağırsak mikrobiyotasının evrimine katkıda bulunmaktadır. Günlük civcivlerin çevresinde bulunan herhangi bir bakteri, muhtemelen civcivin bağırsağında da mevcut olacaktır. Bu, yaşamın erken dönemlerinde neden tipik olarak Gram (-) bir maruziyet (E. coli, Salmonella spp.) olduğunu açıklamaktadır. Bağırsak mikrobiyotasının organizasyonu hızlı bir şekilde gerçekleşir; dolayısıyla yetiştirme döneminin sonunda genç piliçlerde görülen türler, halihazırda civcivlerde de bulunabilir (22). Kanatlı hayvanların çiftliklere teslimat anında, yumurtadan çıkmış olan civciv zaten bir mikrobiyotaya sahiptir (23). Bu aşamada civciv bağırsağı, bakterilerin hızla çoğalma ve yeni ortamdan yararlanma kapasiteleriyle: yem, su, ısı ve oksijenin bol olduğu, ancak bu kaynaklar için yoğun rekabetin olmadığı bir ortamdır. Birçok çalışma, yumurtadan çıkışın ilk haftasında bağırsak ortamının hızla değiştiği ve mikrobiyotanın en az çeşitliliğe sahip olduğu bu kararsız evresinde (24, 25), maruz kalan genç civcivlerde kolonizasyonda en başarılı türlerin gıda kaynaklı patojenler olduğunu göstermektedir. Erken kolonileşen türlerin Salmonella ve Campylobacter gibi gıda güvenliği açısından tehlikeli türler olması önemli bir sorun oluşturmaktadır. Patojenik bakteriler, bu şartlar altında enfeksiyonlara yol açmanın yanı sıra, faydalı bakterilerin yerleşmesini de zorlaştırmaktadır. Sonuç olarak, dengeyi kontrol altında tutmak için antibiyotik tedavisi gerektiren, daha az stabil ve daha güçsüz, hatta hayvanı sonradan ölüme götürecek bir mikroflora oluşumunun gerçekleşmesi muhtemeldir.
Grower
Yem alımının bireysel ağırlığın yaklaşık %20’si olmasının yanında, civcivin yaşamının ikinci ve üçüncü haftalarında yem alımındaki baskı azalmaktadır. Günümüzde birçok çalışma, yetiştirme sırasında tavuk ileum mikrobiyal topluluğunun bileşimini ortaya koymaktadır (26 - 29). Örneğin Nakphichit ve arkadaşları (30), ince bağırsakta 21 - 42. günler arasında en bol bulunan organizma Lactobacillus spp. çeşitliliğinin değişiklik gösterdiği bildirilmiştir. 21. günde Lactobacillus salivarius, L. johnsonii, L. reuteri, L. oris ve L. crispatus tespit edilirken; 3 hafta sonra yoğun olarak, L. gallinarum, L. equi, L. salivarius, L. crispatus, L. aviaries, L. johnsonii ve L. reuteri ile ilgili sekanslar gözlenmiştir. Bu çalışmalar, Lactobacillus spp.’nin ince bağırsak mikrobiyomuna hakim olmasına rağmen, kanatlıların yaşı ilerledikçe Lactobasillus tür ve suş değişikliklerinin izlendiğini ortaya koymaktadır. Bunun aksine, geleneksel kültür tekniklerini kullanan çalışmalar, geleneksel agar yöntemlerinin yetersizliğine değinirken (4) Streptococcus, Staphylococcus, Lactobacillus, Escherichia coli, Eubacterium, Propionibacterium ve Clostridium (31) gibi türlerin varlığını bildirmektedir. Yetiştirme döneminin sonunda artmakla birlikte (32), starter aşamasından grower aşamasına kadar broyler ileumundaki Clostridia popülasyonunda bir artış (33) tarif edilmektedir. Bununla birlikte, bu haftaları mikrobiyom için daha zor hale getiren faktörler de bulunmaktadır. Aerotoleran türler oluştuktan sonra, bağırsakta oksijen varlığının daha düşük olması mikrobiyom oluşumunun doğal bir parçasıdır. Bu noktada, zorunlu anaerobik bakteriler kolonileşebilmektedir. Zorunlu anaeroblar, kanatlı için uygundur ve Gram (+)’tir. Ancak bunlardan biri de, nekrotik enteritis etkeni Clostridium perfringens'tir. Tipik olarak, bu bakteriler, sindirim sisteminin en sonunda, oksijenin çok düşük olduğu sekumda bulunmakta, ancak kanatlı bağırsağının retro-peristaltik hareketlerinden istifade ederek yukarıya ilerleyerek ince bağırsakta çoğalmaya başlayabilmektedirler. Bu noktada Clostridium perfringens çoğalmakta, disbiyozis adı verilen sağlıksız mikrobiyota dengesine yol açmakta ve bunun sonucunda da yaklaşık olarak 14 - 18. günler arasında nekrotik enteritise yol açmaktadır. Bu, aynı zamanda tipik olarak starter ve grower diyeti arasında zorlu geçişle eşzamanlı gözlemlenmektedir. Bu aralıkta aşılamaların da gerçekleştirilmesi durumu daha da dramatik hale getirebilmektedir.
Bu dönemlerde mikrobiyotada görülecek istenmeyen değişiklikler sonucunda intestinal homeostazın bozulmasıyla hayvanların sağlığı ve performansı ciddi şekilde etkilenmektedir. Dolayısıyla bu bilgiler ışığında, kayıpların önüne geçebilmek için hayvanların yaşlarına ve çevresel koşullara bağlı mikrobiyota yapılarına, özellikle geçiş dönemlerinde azamî özen gösterilmesi gerekmektedir.
Referanslar: 1) Pedroso A and & Lee M (2014) The composition and role of the microbiota in chickens. 10.3920/978-90-8686-792-9_2. 2) Margulis, L and Fester R (1991) Symbiosis as a Source of Evolutionary Innovation. MIT Press. ISBN 9780262132695. 3) Theis KR, Dheilly NM, Klassen JL, Brucker RM, Baines JF, Bosch TC, Cryan JF, Gilbert SF, Goodnight CJ, Lloyd EA and Sapp J (2016) "Getting the hologenome concept right: an eco-evolutionary framework for hosts and their microbiomes". Msystems, 1(2). 4) Bulgarelli D, Schlaeppi K, Spaepen S, Van Themaat EVL and Schulze-Lefert P (2013) "Structure and functions of the bacterial microbiota of plants". Annual review of plant biology, 64: 807–838. 5) Vandenkoornhuyse P, Quaiser A, Duhamel M, Le Van A, Dufresne A, (2015) "The importance of the microbiome of the plant holobiont". The New Phytologist. 206 (4): 1196–1206. 6) Knowlton N and Rohwer F (2003) "Multispecies microbial mutualisms on coral reefs: the host as a habitat". The American Naturalist, 162(S4): S51-S62. 7) Kramer P, Bressan P (2015) "Humans as superorganisms: How microbes, viruses, imprinted genes, and other selfish entities shape our behavior". Perspectives on Psychological Science. 10 (4): 464–481. 8) Singh SS, Pandey SC, Srivastava S, Gupta VS, Patro B, Ghosh AC (2003) Chemistry and medicinal properties of Tinospora cordifolia (Guduchi). Indian J. Pharmacol. 35 (2), 83e91. 9) Walter J, Martinez I and Rose DJ (2013) Holobiont nutrition: considering the role of the gastrointestinal microbiota in the health benefits of whole grains. Gut Microbes 4. 10) Pedroso AA, Maurer JJ, Cheng Y and Lee MD (2012) Remodeling the intestinal ecosystem toward better performance and intestinal health Journal of Applied Poultry Research 2: 11. 11) Lumpkins BS, Batal AB and Lee MD (2010) Evaluation of the bacterial community and intestinal development of different genetic lines of chickens. Poultry Science 89: 1614-1621. 12) Gast RK and Holt PS (2000) Influence of the level and location of contamination on the multiplication of Salmonella enteritidis at different storage temperatures in experimentally inoculated eggs. Poultry Science 79: 559-563. 13) Cook N (2003) The use of NASBA for the detection of microbial pathogens in food and environmental samples. Journal of Microbiological Methods 53: 165-174. 14) Doyle MP and Erickson MC (2006) Reducing the carriage of foodborne pathogens in livestock and poultry. Poultry Science 85: 960-973. 15) Methner U, al-Shabibi S and Meyer H (1995) Infection model for hatching chicks infected with Salmonella enteritidis. Zentralbl Veterinarmed B 42: 471-480. 16) Okamura M, Tachizaki H, Kubo T, Kikuchi S, Suzuki A, Takehara K and Nakamura M (2007) Comparative evaluation of a bivalent killed Salmonella vaccine to prevent egg contamination with Salmonella enterica serovars Enteritidis, Typhimurium, and Gallinarum biovar Pullorum, using 4 different challenge models. Vaccine 25: 4837-4844. 17) Maurer, J.J., Hofacre, C.L., Wooley, R.E., Gibbs, P. and Froyman, R., 2002. Virulence factors associated with Escherichia coli present in a commercially produced competitive exclusion product. Avian Diseases 46: 704-707. 18) Pedroso, A.A., Menten, J.F.M., Lambais, M.R., Racanicci, A.M.C., Longo, F.A. and Sorbara, J.O.B., 2006. Intestinal bacterial community and growth performance of chickens fed diets containing antibiotics. Poultry Science 85: 747-752. 19) Pedroso, A.A., Maurer, J.J., Dlugolenski, D. and Lee, M.D., 2008. Embryonic chicks may possess an intestinal bacterial community within the egg, American Society for Microbiology General Meeting, Toronto, Canada. 20) Cason, J.A., Cox, N.A. and Bailey, J.S., 1994. Transmission of Salmonella typhimurium during hatching of broiler chicks. Avian Diseases 38: 583-588. 21) Cox, N.A., Bailey, J.S., Mauldin, J.M., Blankenship, L.C. and Wilson, J.L., 1991. Extent of salmonellae contamination in breeder hatcheries. Poultry Science 70: 416-418. 22) Yin, Y., Lei, F., Zhu, L., Li, S., Wu, Z., Zhang, R., Gao, G.F., Zhu, B. and Wang, X., 2010. Exposure of different bacterial inocula to newborn chicken affects gut microbiota development and ileum gene expression. Isme Journal 4: 367-376. 23) Pedroso, A.A., Menten, J.F.M. and Lambais, M.R., 2005. The structure of bacterial community in the intestines of newly hatched chicks. Journal of Applied Poultry Research 14: 232-237. 24) Nurmi, E., Nuotio, L. and Schneitz, C., 1992. The competitive exclusion concept: development and future. International Journal of Food Microbiology 15: 237-240. 25) Wagner, R.D., 2006. Efficacy and food safety considerations of poultry competitive exclusion products. Molecular Nutrition & Food Research 50: 1061-1071. 26) Lin, J., Hunkapiller, A.A., Layton, A.C., Chang, Y.J. and Robbins, K.R., 2013. Response of intestinal microbiota to antibiotic growth promoters in chickens. Foodborne Pathogens and Disease 10: 331-337. 27) Pissavin, C., Burel, C., Gabriel, I., Beven, V., Mallet, S., Maurice, R., Queguiner, M., Lessire, M. and Fravalo, P., 2012. Capillary electrophoresis single-strand conformation polymorphism for the monitoring of gastrointestinal microbiota of chicken flocks. Poultry Science 91: 2294-2304. 28) Sun, H., Tang, J.W., Fang, C.L., Yao, X.H., Wu, Y.F., Wang, X. and Feng, J., 2013. Molecular analysis of intestinal bacterial microbiota of broiler chickens fed diets containing fermented cottonseed meal. Poultry Science 92: 392-401. 29) Zhao, X., Guo, Y., Guo, S. and Tan, J., 2013. Effects of Clostridium butyricum and Enterococcus faecium on growth performance, lipid metabolism, and cecal microbiota of broiler chickens. Applied and Environmental Microbiology 97(14): 6477-6488. 30) Nakphaichit, M., Thanomwongwattana, S., Phraephaisarn, C., Sakamoto, N., Keawsompong, S., Nakayama, J. and Nitisinprasert, S., 2011. The effect of including Lactobacillus reuteri KUB-AC5 during post-hatch feeding on the growth and ileum microbiota of broiler chickens. Poultry Science 90: 2753-2765. 31) Salanitro, J.P., Blake, I.G., Muirehead, P.A., Maglio, M. and Goodman, J.R., 1978. Bacteria isolated from the duodenum, ileum, and cecum of young chicks. Applied and Environmental Microbiology 35: 782-790. 32) Gong, J., Yu, H., Liu, T., Gill, J.J., Chambers, J.R., Wheatcroft, R. and Sabour, P.M., 2008. Effects of zinc bacitracin, bird age and access to range on bacterial microbiota in the ileum and caeca of broiler chickens. Journal of Applied Microbiology 104: 1372-1382. 33) Lu, J., Idris, U., Harmon, B., Hofacre, C., Maurer, J.J. and Lee, M.D., 2003. Diversity and succession of the intestinal bacterial community of the maturing broiler chicken. Applied and Environmental Microbiology 69: 6816-6824.
