Изменение экспрессии генов антимикробных пептидов у сельскохозяйственной птицы под влиянием глифосата и пробиотика

   Актуальность. Появляется все больше информации о том, что глифосаты могут оказывать ряд негативных эффектов на здоровье животных, птиц и человека, что вызывает серьезную озабоченность в отношении глобальной безопасности кормов и продукции животноводства и птицеводства.
   Методы. Эксперименты проводили в виварии ООО «БИОТРОФ+» на бройлерах кросса Росс 308. Птиц разделили на 3 группы: 1-ю (контрольную), получавшую рацион без введения добавок, 2-ю (опытную), получавшую рацион с добавлением глифосата, 3-ю (опытную), получавшую рацион с добавлением глифосата и штамма микроорганизма Bacillus sp. ГЛ-8. Анализ экспрессии генов слепых отростков кишечника бройлеров проводили с помощью количественной ПЦР с обратной транскрипцией. Для анализа экспрессии мРНК были выбраны специфические праймеры для генов антимикробных пептидов. Реакции амплификации проводили с использованием «SsoAdvanced ™ Universal SYBR® Green Supermix» («Bio-Rad», США).
   Результаты. Показано, что остаточные количества глифосатов, присутствующие в кормах бройлеров, оказывают влияние на экспрессию генов антимикробных пептидов AvBD1, AvBD2 , AvBD4, AvBD6, CATH-2, NK-lysin, усиливая ее. Так, например, в опытной группе 2 наблюдалось усиление экспрессии генов дефензинов AvBD1, AvBD2, AvBD4, AvBD6 в 21,9; 29,9; 35,1 и 33,5 раза соответственно по сравнению с контрольной группой 1 (Р ≤ 0,001). Снижение (на 31–41 %) экспрессии гена LEAP-2 при загрязнении корма глифосатами может, по всей видимости, приводить к уменьшению резистентности к бактериальным патогенам, таким как Salmonella enterica typhimurium, Streptococcus spp., и увеличению тяжести симптомов кокцидиозов у птиц. Пробиотик оказывал «выравнивающее» влияние на экспрессию генов дефензинов AvBD1, AvBD2, AvBD4 и AvBD6. Вероятно, это связано с усилением у микробиоты кишечника, модифицированной пробиотиком, возможностей метаболизма глифосата, что могло действовать в качестве физического барьера.

1. Тюрина Д. Г. Глифосат в комбикормах для птицы / Д. Г. Тюрина [и др.] // Птицеводство. – 2021. –.3: 27–30.

2. Xu J., Shayna S., Smith G., Want W., Li Y. Glyphosate contamination in grains and foods: An overview. Food Control. 2019. DOI: 10.1016/j.foodcont.2019.106710. 106 Article 10670.

3. Tarazona J. V., et al. Glyphosate toxicity and carcinogenicity: a review of the scientific basis of the European Union assessment and its differences with IARC. Arch. Toxicol. 2017; 9: 12723-2743.

4. Szekacs А., Darvas В. Re-registration challenges of glyphosate in the European union. Front Environ. Sci. 2018; 6: 35.

5. Munford R. S., Sheppard P. O., O’Hara P. J. Saposin-like proteins (SAPLIP) carry out diverse functions on a common backbone structure. J. Lipid Res.1995; 36: 1653–1663.

6. Maurice C. F., Haiser H. J., Turnbaugh P. J. Xenobiotics shape the physiology and gene expression of the active human gut microbiome. Cell. 2013; 152 (1-2): 39–50. DOI: 10.1016/j.cell.2012.10.052.

7. Sierra J. M., Fuste E., Rabanal F., Vinuesa T., Vinas M. An overview of antimicrobial peptides and the latest advances in their development. Expert Opin. Biol. Ther. 2017; 17: 663–676. DOI: 10.1080/14712598.2017.1315402.

8. Brogden K. A. Antimicrobial peptides: Pore formers or metabolic inhibitors in bacteria? Nat. Rev. Microbiol. 2005, 3, 238–250

9. Divyashree M. et al. Clinical applications of antimicrobial peptides (AMPs): where do we stand now? Protein Pept. Lett. 2020; 27: 120–134. DOI: 10.2174/0929866526666190925152957.

10. Van Dijk A., Veldhuizen E. J., Haagsman H. P. Avian defensins. Vet Immunol Immunopathol. 2008; 124 (1-2): 1–18. DOI: 10.1016/j.vetimm.2007.12.006.

11. Lynn D. J.; Higgs R., Gaines S., Tierney J., James T., Lloyd A. T., Fares M. A., Mulcahy G., O’Farrelly C. Bioinformatic discovery and initial characterisation of nine novel antimicrobial peptide genes in the chicken. Immunogenetics. 2004; 56: 170–177.

12. Michailidis G. Expression of chicken LEAP-2 in the reproductive organs and embryos and in response to Salmonella enterica infection. Vet Res Commun. 2010; 34 (5): 459–71. DOI: 10.1007/s11259-010-9420-3.

13. Bowdish D. M. et al. Impact of LL-37 on anti-infective immunity. J. Leukoc. Biol. 2005; 77: 451–459. DOI: 10.1189/jlb.0704380.

14. Boei J. J. W. A., Vermeulen S., Klein B. et al. Xenobiotic metabolism in differentiated human bronchial epithelial cells. Arch Toxicol. 2017; 91: 2093-2105. DOI: 10.1007/s00204-016-1868-7.

15. Firdous S., Iqbal S., Anwar S. Optimization and modeling of glyphosate biodegradation by a novel Comamonas odontotermitis P2 through response surface methodology. Pedosphere. 2017. DOI: 10.1016/S1002-0160(17)60381-3.

16. Егоров И. А. Методика проведения научных и производственных исследований по кормлению сельскохозяйственной птицы. Молекулярно-генетические методы определения микрофлоры кишечника / И. А. Егоров [и др.] – Сергиев Посад.: Весь Сергиев Посад, 2013.

17. Livak K. J., Schmittgen T. D. Analysis of Relative Gene Expression Data Using Real-Time Quantitative PCR and the 2−ΔΔCT Method. Methods. 2001; 25 (4): 402–408. DOI: 10.1006/meth.2001.1262.

18. Harwig S. S. et al. Gallinacins: cysteine-rich antimicrobial peptides of chicken leukocytes. FEBS Lett. 1994; 342: 281–285.

19. Motta E. V. S., Powell J. E., Moran N. A. Glyphosate induces immune dysregulation in honey bees. Anim Microbiome. 2022 Feb 22; 4 (1): 16. doi: 10.1186/s42523-022-00165-0. PMID: 35193702; PMCID: PMC8862317

20. Йылдырым Е. А. Экспрессия генов, ассоциированных с иммунитетом, в тканях слепых отростков кишечника и поджелудочной железы цыплят-бройлеров (Gallus gallus L.) при экспериментальном Т-2 токсикозе / Е. А. Йылдырым [и др.] // Сельскохозяйственная биология. – 2021. – 56 (4): 664-681.

21. Motzkus D., Schulz-Maronde S., Heitland A., Schulz A., Forssmann W. G., Jübner M., Maronde E. The novel beta-defensin DEFB123 prevents lipopolysaccharide-mediated effects in vitro and in vivo. FASEB J. 2006; 20 (10): 1701-2. DOI: 10.1096/fj.05-4970fje.

22. Horam S., Raj S., Tripathi V. C. et al. Xenobiotic Binding Domain of Glutathione S-Transferase Has Cryptic Antimicrobial Peptides. Int J Pept Res Ther. 2019; 25: 1477–1489. DOI: 10.1007/s10989-018-9793-7.

23. Elsayed S. I. Mohammed et al. Effects of Probiotics on the Expression and Localization of Avian β-defensins in the Proventriculus of Broiler Chicks. The Journal of Poultry Science. 2015; 52 (1): 57-67. DOI: 10.2141/jpsa.0140114.

24. Van Dijk A., Veldhuizen E. J., Haagsman H. P. Avian defensins. Vet. Immunol. Immunopathol. 2008; 124: 1–18. DOI: 10.1016/j.vetimm.2007.12.006.

25. Xiao Y. et al. Identifcation and functional characterization of three chicken cathelicidins with potent antimicrobial activity. J. Biol. Chem. 2006; 281: 2858–2867. DOI: 10.1074/jbc.M507180200.

26. Maarten Coorens, Albert van Dijk, Floris Bikker, Edwin J. A. Veldhuizen and Henk P. Haagsman. Importance of Endosomal Cathelicidin Degradation To Enhance DNA-Induced Chicken Macrophage Activation. J Immunol. 2015; 195 (8): 3970-3977. DOI: 10.4049/jimmunol.1501242.

27. Park B. W., Ha J. M., Cho E. B., Jin J. K., Park E. J., Park H. R., Kang H. J., Ko S. H., Kim K. H., Kim K. J. A Study on Vitamin D and Cathelicidin Status in Patients with Rosacea: Serum Level and Tissue Expression. Ann Dermatol. 2018; 30 (2): 136-142. DOI: 10.5021/ad.2018.30.2.136.

28. Yamasaki K., Di Nardo A., Bardan A., Murakami M., Ohtake T., Coda A., et al. Increased serine protease activity and cathelicidin promotes skin inflammation in rosacea. Nat Med. 2007; 13: 975–980

29. Rainer B. M., Kang S., Chien A. L. Rosacea: Epidemiology, pathogenesis, and treatment. Dermatoendocrinol. 2017; 4; 9 (1): e1361574. doi: 10.1080/19381980.2017.1361574.

30. Li J., Han Y., Jin K., Wan Y., Wang S., Liu B. et al. Dynamic changes of cytotoxic T lymphocytes (CTLs), natural killer (NK) cells, and natural killer T (NKT) cells in patients with acute hepatitis B infection. Virol. J. 2011; 8: 1–8.

31. Lin Q., Fu Q., Chen D., Yu B., Luo Y., Huang Z., Zheng P., Mao X., Yu J., Luo J., Yan H., He J. Functional Characterization of Porcine NK-Lysin: A Novel Immunomodulator That Regulates Intestinal Inflammatory Response. Molecules. 2021; 13; 26 (14): 4242. doi: 10.3390/molecules26144242.

32. Cole J. N., Nizet V. Bacterial Evasion of Host Antimicrobial Peptide Defenses. Microbiol Spectr. 2016; 4 (1): 10.1128/microbiolspec.VMBF-0006-2015. doi: 10.1128/microbiolspec.VMBF-0006-2015

33. Klein C., Entian K. D. Genes involved in self-protection against the lantibiotic subtilin produced by Bacillus subtilis ATCC 6633. Appl Environ Microbiol. 1994; 60 (8): 2793-801. doi: 10.1128/aem.60.8.2793-2801.1994.

34. Brogden K. A. Antimicrobial peptides: Pore formers or metabolic inhibitors in bacteria? Nat. Rev. Microbiol. 2005; 3: 238-250.

35. Lee S. Y., Nam Y. K. Gene structure and expression characteristics of liver-expressed antimicrobial peptide-2 isoforms in mud loach (Misgurnus mizolepis, Cypriniformes). Fish Aquatic Sci. 2017; 20: 31. DOI: 10.1186/s41240-017-0076-6.

36. Townes C. L., Michailidis G., Nile C. J., Hall J. Induction of cationic chicken liver-expressed antimicrobial peptide 2 in response to Salmonella enterica infection Infect. Immun. 2004; 72: 6987-6993.

37. Townes C. L., Michailidis G., Hall J. The interaction of the antimicrobial peptide 2 cLEAP-2 and the bacterial membrane Biochem. Biophys. 2009; 387: 500-503.

38. Casterlow S., Li H., Gilbert E. R., Dalloul R. A., McElroy A. P., Emmerson D. A., Wong E. A. An antimicrobial peptide is downregulated in the small intestine of Eimeria maxima-infected chickens. Poultry Science. 2011; 90 (6): 1212-1219. DOI: 10.3382/ps.2010-01110.