Преглед

  • Пълен член
  • Цифри и данни
  • Препратки
  • Цитати
  • Метрика
  • Препечатки и разрешения
  • PDF
  • EPUB

РЕЗЮМЕ

Кучешката микробиота е сложна микробна популация, която е потенциално свързана с метаболизма, имунологичната активност и стомашно-чревните (GI) заболявания. Ранните проучвания разкриват, че кучешката микробиота е динамична и бактериалните популации в съседните чревни сегменти са сходни, като преобладават анаероби. Метагеномичният анализ разкрива, че съдържанието на хранителни вещества в диетата модулира бактериални популации и метаболити в кучешките черва. По-нататъшни изследвания разкриват значителна връзка между диетичните фактори и микробиомите на кучешките черва. Кучешките стомашно-чревни заболявания са тясно свързани с дисбиозата на чревната микробиота и метаболитните нарушения. Пробиотичните терапии могат ефективно да лекуват кучешки стомашно-чревни заболявания. Неотдавнашни проучвания разкриха, че микробиотата на кучешките черва е подобна на човешката микробиота и диетичните фактори засягат и двете. Изучаването на чревни микроорганизми в кухината позволява изясняване на промените в чревните бактерии при различни условия, симулиране на човешки заболявания при модели на кучета и провеждане на задълбочени изследвания на взаимодействията между чревните бактерии и болестите.

статия

Въведение

От основните изследвания до клиничните приложения, значението на чревната микробиота бързо еволюира през последните години. 1 С приложенията на метагеномиката, метаболомиката и културомиката при изследване на чревната микробиота, много изследователи съобщават за важните роли на чревната микробиота в допринасянето за метаболитните функции, имунологичната активност и невроразвитието. 2, 3 Чревната микробиота е широко проучена при хора и лабораторни гризачи. Кучешките зъби са често срещани лабораторни животни, които се използват широко в различни области. Към днешна дата са публикувани ограничени рецензии за микробиотата на кучешките черва. Тук описваме констатации относно микробиотата на кучешките черва от ранни проучвания, както и ефектите от различни храни, модели на стомашно-чревни заболявания и пробиотици върху микробиотата на кучешките черва.

Ранни проучвания върху микробиотата на кучешките черва

Кучешките зъби, особено гончетата, се използват широко в научните изследвания. Още през 1977 г. чревните микробиоми в различни области на стомашно-чревния тракт (ГИ) на бигъл са оценени чрез култивиране на строги анаероби и извършване на наблюдения чрез оптична и сканираща електронна микроскопия. Всички кучешки зъби притежават сложни микробиоти в дебелото черво, като преобладават анаероби. Едно проучване показа, че кучешката микробиота се променя и усложнява, когато кучетата са настанени в заключена среда. Тези изменения са тясно свързани със стомашно-чревните епителни клетки и криптите на Lieberkuhn. 4 Авторите също така прогнозират, че по-малко преобладаващите микробни видове в стомашно-чревния тракт могат да се променят с течение на времето, когато животните са настанени в заключена среда. Анаеробните бактерии се идентифицират чрез оцветяване по Грам, биохимични тестове и летливи и нелетливи мастни киселини чрез газова хроматография. Трудно е да се идентифицират бактериални изолати в големи количества, докато не се появят PCR техниките.

Денатуриращата градиентна гел електрофореза (DGGE) се използва за първи път през 1993 г. DGGE се използва за анализ на генетичното разнообразие на сложни микробни популации като проби от околната среда или фекалиите. 5 Чревната микробиота включва сложни микробни популации, които могат да бъдат анализирани чрез DGGE. 6 Молекулярните пръстови отпечатъци чрез PCR-DGGE разкриват различни нива на разнообразие във фекални проби от различни животни. Тук представяме резултатите от изследванията върху микробиотата на кучешките черва, получени с помощта на DGGE.

Едно проучване използва DGGE за оценка на разликите в бактериалния състав на чревните отделения на кучетата, настанени в подобна среда и хранени с идентична диета. Тези автори откриват значително повече прилики в нивата на микробно разнообразие между съседните чревни области, отколкото между несъседните региони. 7 Друго проучване, използващо кучешка дуоденална течност, показва, че тънките черва на кучетата имат много разнообразна микробиота с подчертани разлики в разнообразието между отделните кучета. Резултатите бяха дублирани и силно възпроизводими. Дванадесетопръстник, йеюнум, илеум, дебело черво и ректум на всяко куче имат значително различни чревни микробиоти, а дебелото черво и ректума имат по-голямо бактериално разнообразие от останалите чревни сегменти. 8 Въпреки че чревните сегменти значително се различават по своите бактериални популации, съседните чревни сегменти са по-сходни, отколкото отделените чревни сегменти.

Ефект на диетите и хранителните вещества върху микробиотата на кучешките черва

В сравнение с факторите на околната среда, диетата играе важна роля за коригиране на GI микробиомния баланс в кучетата. Следващото поколение секвениране (NGS) революционизира подходите при изследване на сложни проби от микробиота. Фекални проби от кучешки модели могат да бъдат анализирани чрез NGS, за да се определят връзките и взаимодействията между гостоприемниците и микробиотата. 12

Различни формулирани търговски храни и естествени храни с различни хранителни източници и съотношения (като протеини и въглехидрати) се използват широко при кучешките диети. Ежедневните диети с различни съставки също променят изобилието и разнообразието на кучешката микробиота. Диетите с високо съдържание на протеини и ниско съдържание на въглехидрати (HP-LC) могат да модулират телесното тегло при кучетата със затлъстяване. 17 кучешки модели, хранени с HP-LC диети, са имали по-ниски съотношения Bacteroidetes/Firmicutes и по-високи съотношения Bacteroides/Prevotella, отколкото тези, хранени с диети с ниско съдържание на протеин HC, и изобилието от Clostridium hiranonis, Ruminococcus gnavus, и Clostridium perfringens бяха увеличени. Обогатените микробни генни мрежи също са свързани с поддържането на теглото. 18.

Друго проучване показа, че диетите с НР увеличават изобилието от продуциращи бутират бактерии и засилват активността в микробиомите на кучешките черва, независимо от състоянието на тялото. Кучетата, хранени с HP диети, са имали по-високи концентрации на фекален амоняк, изовалерат, изобутират, фенол, индол, серумен индоксил сулфат и плазмен 3-OH изовалерилкарнитин и тези кучета са имали диария. Високите концентрации на тези метаболити са свързани с високия прием на протеини. 19 - 21 В сравнение с постните кучешки зъби, повишеното съдържание на протеини в храната влияе по-силно на чревните микробиоти при затлъстелите кучешки зъби. 22 Не са открити разлики в богатството на червата между бактериите, хранени с високо съдържание на мазнини, с ниско съдържание на нишесте и ниско съдържание на мазнини и с високо съдържание на нишесте. По-ниски относителни количества обаче Prevotella, Solobacterium, и Копробацилус са открити в диетичната група с високо съдържание на мазнини, както и по-високи концентрации на фекални BAs след 7 седмици хранене. Умерените вариации в тези диети не променят микробиотите на червата на кучетата. 23.

Едно проучване замества протеините и нишестето с морски боб в кучешките диети, за да изследва ефекта на различни хранителни източници върху кучетата. В диетата на флотския боб, която включваше 25% морски боб на прах, макронутриенти и микроелементи, общите калории бяха коригирани, за да съответстват на стандартната диета. След хранене на кучетата с флота или стандартна диета в продължение на 4 седмици, микробните популации на червата не се различават значително при кучета, хранени с нито една от диетите. В сравнение с изходното ниво, групата на флота с диета с боб е увеличила Firmicutes и е намалила Actinobacteria и Fusobacteria. 24

Диетичните модели с различни хранителни концентрации разкриха, че съотношенията на макроелементите са ключови фактори за модулиране на микробиотата на кучешките черва (Таблица 1). Различно бактериално разнообразие и популации могат да се наблюдават в чревните микробиоти и фекалните метаболити на кучета, хранени с различни диети. Ако различните диети съдържат еднакви нива на макронутриенти и микроелементи, ефектът върху бактериалната популация в кучешката микробиота може да бъде минимален.

Публикувано онлайн:

Таблица 1. Проучвания, свързани с диетата на микробиотата и метаболитите на кучешките черва.

Кучешки микробиоти и стомашно-чревни заболявания

Възпалителното заболяване на червата (IBD) се отнася до разнообразна група хронични стомашно-чревни заболявания. 36 IBD е автоимунно състояние, което е трудно за диагностициране, а дисбиозата на чревната микробиома се предлага като индуциран фактор в нейната патогенеза. 37 Дисбиозата на човешкия чревен микробиом извършва сходни промени с тези, наблюдавани при чревна дисбиоза при кучета и други бозайници. Изследванията върху кучешката IBD са ценни, тъй като позволяват да се правят прогнози от микробиотата на кучешките черва до микробиотата на човешките черва. 38 Тук обсъждаме връзките между микробиотата на кучешките черва, метаболизма, други фактори при кучешки IBD и други стомашно-чревни заболявания. Таблица 2 обобщава някои скорошни проучвания на стомашно-чревни заболявания и микробиотата на кучешките черва.

Публикувано онлайн:

Таблица 2. Изследвания, свързани със стомашно-чревни заболявания, на микробиотата на кучешките черва.

Едно проучване предлага, че микробиотите, обогатени с Грам-отрицателни бактерии в затлъстелите кучешки зъби, могат да бъдат свързани с хронично възпаление. Тези автори са хранили една и съща диета с кучета в продължение на 6 месеца. Кучетата в групата със затлъстяване са хранени с храна ad libitum, докато кучетата в слабата група са били хранени с храна с ограничени хранителни вещества. Групата със затлъстяване има значително повишено телесно тегло, по-високи концентрации на лептин и намалени адипонектин и 5-хидроитриптамин (5-НТ) в цереброспиналната течност. Протеобактериите преобладават в чревните микробиоти на затлъстелите кучешки зъби (76%), докато Firmicutes (85%) преобладават в постните кучешки зъби. Обогатените грам-отрицателни бактерии могат да повлияят нивата на чревния липополизахарид (LPS). Намалените концентрации на 5-HT в затлъстелите кучешки зъби могат да увеличат апетита им и да предизвикат цикъл, водещ до бактериална дисбиоза с повишени Грам-отрицателни бактерии и обогатен LPS. LPS е свързан с хронично възпаление. 46 Това изследване разкри връзката между IBD, диета и бактериална дисбиоза.

Друго проучване характеризира бактериалната дисбиоза сред кучешка идиопатична IBD, остра нехеморагична диария и остра хеморагична диария (AHD). В сравнение със здравите кучета, тези с AHD са имали най-значителни промени в изобилието и разнообразието на чревната микробиота. Изобилието на Faecalibacterium, Ruminococcaceae, Turicibacter spp. и Блаутия spp. са значително намалени, докато Sutterella и Clostridium perfringens бяха значително увеличени. Резултатите от анализа на qPCR потвърдиха, че само кучетата с AHD са имали значително увеличение в Clostridium perfringens. Смята се, че някои популации от намалени бактерии са важни производители на SCFA. Faecalibacterium spp. и Фузобактерии са били намалени при кучета с активна IBD. Faecalibacterium spp. са били намалени в микробиотата на кучешките черва при кучета както с остра диария, така и с IBD. Намалява в Faecalibacterium prausnitzii често се срещат при IBD при хора. 39 Проучванията показват, че Faecalibacterium prausnitzii секретира противовъзпалителни пептиди инвитро, 47, които могат да демонстрират връзката между стомашно-чревни разстройства и микробиота дисбиоза. IBD повлиява на профилите и метаболизма на кучешките микробиоти.

По-нататъшни изследвания свързват кучетата с идиопатичен синдром на остра хеморагична диария (AHDS) с фекални маркери и микробиота. Идиопатичният AHDS се характеризира с остро начало на кървава диария и тежка дехидратация и може да доведе до висока смъртност, ако не се лекува. В това проучване са избрани 3 изследвани маркера за оценка на идиопатичната AHDS. Калпротектин и S100A12 са маркерите на възпалението, а инхибиторът на α1-протеиназата е маркер на загубата на стомашно-чревен протеин. И трите маркера са имали значително по-високи концентрации в кучетата с идиопатичен AHDS. След 3 дни лечение тези маркери намаляват значително. 44 Дисбиозата на кучешката микробиота изглежда продължи по-дълго, отколкото маркерите на възпалението и загубата на протеин. Кучетата с AHDS имат чревна микробиота дисбиоза и изобилие от специфични бактерии, включително Ruminococcaceae, Faecalibacterium spp., Bifidobacterium spp., и Протеобактерии. Тази дисбиоза на микробиота не се разрешава веднага след лечението. Бактериалното разнообразие не се различава в микробиотата на кучешките черва, освен лекото намаляване на Ruminococcaceae 3 дни след лечението.

Дисбиоза на кучешки микробиоти често се появява при кучешки заболявания на стомашно-чревния тракт. Леченията на стомашно-чревни заболявания, които модулират чревната микробиота, като пробиотична терапия и трансплантация на фекална микробиота, се използват за лечение на някои човешки стомашно-чревни заболявания и изследователите питат дали подобни терапии могат да се използват за лечение на кучешки стомашно-чревни заболявания.

Пробиотични проучвания при кучешки зъби

Пробиотичната терапия се използва при човешки стомашно-чревни заболявания и може да има потенциална употреба при лечение на кучешки стомашно-чревни заболявания. 61 Произведените от кучета пробиотици за лечение на кучешки GI заболявания отговарят на етичните стандарти и е доказано, че имат ползи за здравето при лечението на кучешки GI заболявания. Едно проучване разкрива, че произлиза от кучета Lactobacillus fermentum CCM 7421 значително модулира кучешката диария. Администриране на 10 7–10 9 образуващи колонии единици на пробиотика, Lactobacillus fermentum, до кучетата в продължение на 4–14 дни нормализирани кучешки метаболити, включително SCFA. Използването на пробиотични щамове също модулира серумни биохимични и имунни параметри, независимо от продължителността на приложение. Клостридии популациите в чревните микробиоти на кучета с диария бяха намалени, а млечнокиселите бактерии бяха увеличени след лечението. 62

Изолирането на нови пробиотични щамове от кучешки изпражнения също е важно. Култивирането на потенциални пробиотични щамове може да допринесе за здравето на кучетата. Едно проучване изолира поредица от потенциални пробиотични щамове на Лактобацилус от кучешки фекални проби и ефектите са оценени. Тествани са свойствата на щамовете, включително резистентност към стомашни и панкреатични сокове и жлъчни соли, антибиотична резистентност и антипатогенност. От 14-те изолирани Лактобацилус щамове, 5 биха могли да понасят стомашен стрес. Тези 5 потенциални пробиотични щамове също имат резистентност към клиндамицин и значителен антимикробен капацитет за инхибиране на патогенни щамове. Морфологично и молекулярно характеризиране установи, че 3 от тези щамове са Lactobacillus reuteri, а другите две бяха Lactobacillus johnsonii. Идентификация на Lactobacillus reuteri in vitro потвърждава способността му да ферментира захар и да се придържа към HT29 епителните клетки; по този начин, Lactobacillus reuteri може да е потенциален пробиотик. 65

Изолирането на потенциални нови пробиотични щамове е от решаващо значение за пробиотичната терапия. Култивирането на нови бактериални изолати е изследователска граница в човешката чревна микробиота, а пробиотичните щамове, изолирани от човешките черва, са изиграли важна роля в модулирането на чревния микробиомен баланс. Пробиотичната изолация и терапията могат да се превърнат в нов метод за лечение на кучешки стомашно-чревни заболявания.

Прилики между кучешките и човешките чревни микробиоти

Неотдавнашно метагеномно проучване съобщава, че при кучета, които на случаен принцип са получавали HP или HC диета, разнообразието на кучешки микробиоми е по-близо до това на човешкия микробиом, отколкото до микробиомите на прасета или мишки. 66 Факторите, включително породата и полът, са оказали малко влияние върху промените в чревния микробиом. Тъй като резултатите са в съответствие с тези от предишни проучвания при хора, кучешки изследвания могат да предскажат резултати при хора. Други изследвания върху кучетата потвърждават това заключение.