Prembion полностью раскрывает природный потенциал β-дефензинов
PREMBION ПОЛНОСТЬЮ РАСКРЫВАЕТ ПРИРОДНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ β-ДЕФЕНЗИНОВ
В последние годы антибиотикорезистентность стала одной из наиболее актуальных проблем здравоохранения. Неконтролируемое применение антибиотиков способствует формированию устойчивых к ним штаммов микроорганизмов. Особенно опасна множественная резистентность бактерий – устойчивость к нескольким классам антибиотиков, – которая значительно усложняет лечение инфекционных заболеваний и в ряде случаев приводит к летальному исходу. Согласно прогнозам исследований, к 2050 году антибиотикорезистентность может стать одной из ведущих причин смертности населения планеты.
Проблема антибиотикорезистентности усугубляется широким применением антибиотиков в животноводстве, где они используются не только для лечения, но и для стимуляции роста животных, что способствует селекции резистентных штаммов бактерий. Устойчивые к антибиотикам микроорганизмы не только попадают во внешнюю среду, но и в остаточных количествах обнаруживаются в продуктах животного происхождения. В связи с этим разработка альтернативных подходов к поддержанию здоровья сельскохозяйственных животных приобретает первостепенное значение.
Особенно перспективным направлением исследований как в медицине, так и в ветеринарии является изучение пептидов защиты организма-хозяина (host defense peptides, HDP), также известных как антимикробные пептиды (АМП), – естественных компонентов врождённого иммунитета большинства эукариот, сформировавшихся в ходе эволюции.
АМП представляют собой многофункциональные антимикробные агенты, действующие в отношении широкого спектра микроорганизмов. Помимо прямого антибактериального эффекта, они способны модулировать иммунный ответ организма при бактериальной или вирусной угрозе.
К одному из наиболее изученных семейств АМП относятся дефензины – катионные пептиды с широким антимикробным спектром действия, продуцируемые эпителиальными клетками, нейтрофилами, лейкоцитами, NK-клетками и цитотоксическими Т-лимфоцитами. Дефензины обладают широким спектром активности: они способны подавлять бактерии, вирусы и грибки, а также модулировать иммунный ответ, участвовать в противоопухолевой защите, ускорять регенерацию тканей и поддерживать гомеостаз комменсального микробиома. Это позволяет врождённой иммунной системе адаптировать защитные реакции в зависимости от типа патогена и стадии инфекционного процесса.
В зависимости от конфигурации дисульфидных связей дефензины подразделяются на три типа: α-, β- и θ-дефензины.
α-дефензины в основном обнаруживаются у человека, других приматов, грызунов и кроликов; они синтезируются нейтрофилами и клетками Панета в кишечнике.
β-дефензины выявлены у широкого спектра позвоночных – включая млекопитающих, птиц, рептилий, амфибий и рыб – и преимущественно экспрессируются в эпителиальных тканях.
θ-дефензины встречаются исключительно у некоторых видов нечеловеческих приматов.
Особое внимание исследователей привлекают β-дефензины благодаря их широкому филогенетическому распространению и ключевой роли в защите барьерных тканей, включая слизистую оболочку кишечника, респираторного и мочеполового трактов.
АНТИМИКРОБНОЕ ДЕЙСТВИЕ β-ДЕФЕНЗИНОВ
β-дефензины характеризуются высокой скоростью и избирательностью бактерицидного действия, обусловленными структурными особенностями клеточной стенки патогенных микроорганизмов. В настоящее время описано несколько механизмов нарушения целостности мембран под действием β-дефензинов, в частности бочкообразная, тороидальная, ковровая и агрегатная модели.
Рисунок 1 – Механизмы подавления патогенов β-дефензинами
В модели бочкообразной поры антимикробные пептиды (АМП) внедряются в липидный бислой, ориентируя свои гидрофобные участки к гидрофобному ядру мембраны, и формируют трансмембранные поры. Сборка пептидов является ключевым этапом формирования пор; агрегированные молекулы АМП создают структуры, напоминающие бочку.
Согласно модели тороидальных пор, АМП проникают в мембрану перпендикулярно её поверхности за счёт взаимодействия между гидрофильными доменами пептидов и фосфолипидной головкой липидного бислоя. При этом мембрана изгибается, образуя пору, в которой липиды и пептиды участвуют совместно – так называемую торроидальную пору.
В рамках ковровой модели АМП адсорбируются на поверхности бактериальной мембраны, подобно поверхностно-активным веществам, и при достижении критической концентрации вызывают дестабилизацию и разрушение липидного бислоя.
Согласно агрегатной модели, пептиды и липиды образуют неупорядоченные агрегаты, что приводит к нарушению целостности мембраны и позволяет АМП проникать внутрь клетки.
Антибактериальная активность β-дефензинов не ограничивается мембранолитическим действием: эти пептиды способны проникать внутрь патогенов и воздействовать на внутриклеточные мишени. В частности, они ингибируют синтез ДНК и РНК, активность фосфолипазы А2, ферментов, участвующих в ремонте клеточной стенки, а также рибосомальную функцию и синтез белка. Кроме того, β-дефензины связывают липополисахариды (ЛПС), что дополнительно нарушает метаболизм и процессы деления бактериальных клеток.
ИММУНОМОДУЛИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА β-ДЕФЕНЗИНОВ
β-дефензины активно участвуют в регуляции воспалительного ответа, выступая в роли своеобразных дирижёров, координирующих взаимодействие различных иммунных клеток и медиаторов. Они стимулируют синтез хемокинов – сигнальных молекул, привлекающих макрофаги, дендритные клетки и Т-лимфоциты к очагу инфекции или тканевого повреждения. Прибыв в поражённую зону, эти клетки элиминируют патогены и инициируют процессы репарации тканей.
Иммуностимулирующие функции β-дефензинов включают активацию антигенпредставляющих клеток (АПК), индукцию синтеза глюкокортикоидов, стимуляцию фагоцитоза макрофагами, дегрануляцию тучных клеток, активацию системы комплемента, а также секрецию интерлейкина-8 (IL-8), продуцируемого эпителиальными клетками. Таким образом, β-дефензины выполняют функцию ключевого связующего звена между врождённым и адаптивным иммунитетом, выступая в качестве мощных иммуномодуляторов.
Кроме того, β-дефензины регулируют продукцию цитокинов – молекул, определяющих интенсивность и поляризацию иммунного ответа и способных как усиливать, так и подавлять воспаление. Такая двойственная регуляторная способность позволяет организму точно калибровать иммунный ответ в зависимости от характера угрозы и предотвращать развитие избыточного или хронического воспаления.
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ β-ДЕЗЕНФИНОВ В ПРОМЫШЛЕННОМ СВИНОВОДСТВЕ
Антимикробные пептиды (АМП) представляют собой перспективное направление исследований и потенциального применения в промышленном свиноводстве. Особенно актуально их изучение в период отъёма поросят: к этому времени слизистая оболочка кишечника у отъёмышей остаётся недостаточно зрелой, а стресс, связанный с отъёмом, приводит к нарушениям морфологии, структуры и проницаемости кишечно-эпителиального барьера.
Свиньи экспрессируют широкий спектр АМП, включая кателицидин, гепсидин, пептид LEAP-2, продуцируемый печенью, белки, распознающие пептидогликаны (PGRP), а также β-дефензины.
Белки, распознающие пептидогликаны (PGRP), синтезируются у многих видов животных, включая свиней. Они участвуют в активации Toll-подобных рецепторов (TLR) – ключевых компонентов врождённого иммунитета, способных распознавать патоген-ассоциированные молекулярные паттерны (PAMP). Основная роль TLR заключается в детекции патогенов и запуске внутриклеточных сигнальных каскадов, приводящих к экспрессии генов, кодирующих провоспалительные цитокины, интерфероны и другие эффекторные молекулы иммунного ответа, включая АМП.
Исследование Sang et al. [2] продемонстрировало важную роль белков PGRP-L1 и PGRP-L2 в регуляции экспрессии β-дефензина pBD-1. Эксперименты показали, что выключение генов, кодирующих эти PGRP, приводило к снижению выработки дефензина pBD-1.
На сегоднящний день обнаружено 28 различных типов бета-дефензинов специфичных для свиней – pBD. Эти пептиды характеризуются небольшой длиной (менее 100 аминокислотных остатков) и высоким содержанием цистеина. Их пространственная структура стабилизирована дисульфидными связями и, в ряде случаев, макроциклизацией, что обеспечивает устойчивость к протеолитической деградации и высокую функциональную стабильность.
pBD обладают широким спектром антимикробной активности: они подавляют рост бактерий, вирусов и грибков. Так, pBD-1 демонстрирует эффективность в отношении грамотрицательных бактерий, тогда как pBD-2 активен как против грамотрицательных, так и против грамположительных микроорганизмов. В исследованиях in vitro с использованием свиных лёгочных клеток показано, что β-дефензины проявляют антивирусную активность в отношении вируса репродуктивно-респираторного синдрома свиней (РРСС). Наиболее выраженной антивирусной активностью обладает pBD-3.
Особенно высокой бактерицидной активностью против Escherichia coli, Salmonella spp. и Glaesserella parasuis характеризуется pBD-2. В отношении энтеротоксигенной E. coli его эффективность оказалась сопоставимой с действием традиционных антибиотиков, что подчёркивает потенциал β-дефензинов в качестве альтернативы антибактериальным препаратам в ветеринарной практике
Бета-дефензины обладают противовоспалительным действием. Исследования Zhang et al. и Huang et al. [5] показали, что антимикробный
пептид pBD-2 способен ингибировать NF-κB-зависимый воспалительный путь – ключевой регулятор врождённого иммунного ответа. В физиологических условиях NF-κB существует в неактивной форме в цитоплазме клетки, связанной с ингибирующим белком IκB. При инфекционном или воспалительном стимуле запускается сигнальный каскад, приводящий к фосфорилированию и деградации IκB, что позволяет NF-κB-содержащему транскрипционному комплексу транслоцироваться в ядро. Там он инициирует экспрессию генов, кодирующих провоспалительные цитокины, в частности TNF-α и IL-6. Эти цитокины усиливают воспалительный ответ, рекрутируя дополнительные иммунные клетки к очагу поражения.
Результаты указанных исследований свидетельствуют, что pBD-2, помимо прямой антимикробной активности, обладает иммуномодулирующими свойствами: он выступает в роли ингибитора NF-κB, подавляя его активность и, как следствие, ослабляя чрезмерный воспалительный ответ. Такой регуляторный эффект особенно значим в кишечнике свиней, где pBD-2 экспрессируется в высоких концентрациях и может способствовать поддержанию иммунного гомеостаза слизистой оболочки.
Недавние исследования выявили уникальный механизм взаимодействия олигосахаридов арабиноксиланового ряда (arabinose–xylose-based oligosaccharides, AXOS) с клетками кишечного эпителия у различных видов животных: эти соединения способны стимулировать эндогенную продукцию β-дефензинов, что обеспечивает естественную защиту комменсального микробиома от колонизации патогенами.
На основе этих фундаментальных данных компания EMBION разработала инновационный кормовой продукт – PREMBION, содержащий высокую концентрацию арабиноксилановых олигосахаридов (AXOS) и пептидогликанов, обладающих индуцирующим действием на синтез β-дефензинов. Эффективность PREMBION была подтверждена в ходе ряда независимых научных и полевых испытаний.
Таблица 1 – Эксперимент in vitro по оценке влияния ПРЕМБИОНА на рост патогенной и полезной микрофлоры
Исследование различия между ростом S. epidermidis и S. aureus in vitro демонстрирует значительное подавление активности патогенного вида S. aureus, значительную пребиотическую активность продукта PREMBION в отношении позитивных комменсальных штаммов S. epidermidis.
КЛЮЧЕВЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА PREMBION:
- Высокая эффективность: достоверное снижение количества патогенных микроорганизмов, включая Salmonella spp., Clostridium spp., Streptococcus spp., энтеротоксигенную и другие патогенные штаммы Escherichia coli – основных возбудителей бактериальных инфекций у свиней.
- Безопасность: продукт не способствует развитию резистентности у микроорганизмов и безопасен как для животных, так и для человека на всех этапах пищевой цепи.
- Положительное влияние на продуктивность: улучшение конверсии корма, увеличение среднесуточных привесов и снижение уровня смертности молодняка.
- Поддержка микробиома кишечника: β-дефензины, индуцируемые PREMBION, способствуют сохранению баланса кишечной микробиоты, подавляя патогены и одновременно создавая благоприятные условия для развития комменсальной (полезной) микрофлоры.
Компания «КормоРесурс», являясь эксклюзивным представителем производителя в Российской Федерации, предлагает комплексное решение проблемы антибиотикорезистентности в свиноводстве на основе инновационного кормового продукта PREMBION
– индуктора эндогенной продукции β-дефензинов клетками кишечного эпителия.
Многолетний опыт работы с альтернативами антибиотикам подтверждает: будущее современного животноводства – за технологиями, усиливающими врождённые защитные механизмы организма.
Эпителиальные клетки, а также иммунные клетки, такие как нейтрофилы и макрофаги, естественным образом синтезируют дефензины, формируя первую линию защиты от инфекций и воспалительных процессов. β-дефензины представляют собой новое направление в профилактике инфекционных заболеваний – физиологически обоснованное, безопасное и эволюционно консервативное.
Их использование позволяет значительно сократить применение антимикробных препаратов, что, в свою очередь, снижает риск селекции резистентных штаммов микроорганизмов в условиях промышленного животноводства.
Применение PREMBION в свиноводстве демонстрирует устойчивые положительные результаты.
Комплексное воздействие на иммунный и микробиомный статус животных обеспечивает стабильность производственных показателей: повышение сохранности поголовья, улучшение продуктивности и качества конечной продукции, а также рациональное использование кормовых и ветеринарных ресурсов.
В условиях глобального роста антибиотикорезистентности PREMBION открывает новые перспективы для безопасного, устойчивого и эффективного управления здоровьем свиней. Продукт позволяет значительно сократить использование антимикробных препаратов, не снижая при этом уровня защиты от инфекционных угроз и обеспечивая высокую безопасность животноводческой продукции для конечного потребителя.
ЛИТЕРАТУРА
- Цепелев В.Ю., Лазарева И.А., Гунов С.В., «Антимикробные пептиды – современная альтернатива антибиотикам», Современные проблемы науки и образования. 2023. № 3.
- Яньтао Чен, Яньхун Чжан, Чанчжун Лю, Гангкай Вэй, Яньчжао Сюй, Фэн Го, Кун Чжао «Антимикробные пептиды и здоровье желудочно-кишечного тракта поросят-отъемышей», Колледж зоотехнии и ветеринарной медицины, Хэнаньский институт науки и технологий, Синьсян, провинция Хэнань, 19.09.2019.
- Артур Нери Финатто, Франсуа Меренс и Матеус де Оливейра Коста, «Взаимодействие с природой: изучение многогранного мира β-дефензинов свиней», «Ветеринарные исследования» (том 56, номер статьи: 47, 2025).
- Шокролла Элахи, Рашель М. Бьюкенен, Сэм Атта-Поку, Хью Г. Г. Таунсенд, Лорн А. Бабюк и Фолькер Гердтс, «Защитный пептид хозяина Бета-Дефензин 1 обеспечивает защиту новорожденных поросят от коклюша Bordetella pertussis», организация по вакцинам и инфекционным заболеваниям Саскачевана, Саскатун, 2 ноября 2005 г.
- Чао Хуан, Си Ян, 3, Цзин Хуан, Сяо Лю, Сяою Ян, Хуэй Цзинь, Ци Хуан, Лу Ли и Жуй Чжоу, «Свиной Бета-Дефензин 2 обеспечивает защиту от бактериальной инфекции за счет прямого бактерицидного действия и снимает воспаление за счет взаимодействия с TLR4/ NF-κB. Путь», «Новые рубежи в иммунологии», 18 июля 2019 г.
- Сяоян Шэнь, Минкэ Гу, Фэнтин Чжань, Ханьфан Цай, Кун Чжан, Кэцзюнь Ван и Чунли Ли, «Бета-дефензин 2 свиньи ослабляет воспалительные реакции в клетках IPEC-J2 против Escherichia coli посредством сигнального пути TLRs-NF-κB/MAPK», http:// creativecommons.org/ licenses/by-nc-nd/4.0/, 2024 год.
