Metadescription: Nội độc tố của vi khuẩn thách thức hệ thống  miễn dịch và sức khỏe đường ruột của các loài gia cầm, đe dọa đến an toàn và năng suất.

LinkedIn post intro: Nội độc tố của vi khuẩn Gram âm đặt ra mối đe dọa về hệ thống miễn dịch, sức khỏe, an toàn và năng suất của các loài gia cầm. Để tìm hiểu thêm, hãy xem phần đầu tiên của loạt bài gồm ba phần về quản lý nội độc tố cho gia cầm.

Từ khóa: nội độc tố, sức khỏe đường ruột, sản xuất gia cầm

PHẦN 1: MỐI QUAN HỆ GIỮA NỘI ĐỘC TỐ, SỨC KHỎE ĐƯỜNG RUỘT, HỆ THỐNG MIỄN DỊCH VÀ NĂNGSUẤT CỦA ĐỘNG VẬT

Quản lý nội độc tố hiệu quả là một nhiệm vụ quan trọng đối với các hộ chăn nuôi gia cầm, cho phép họ bảo vệ sức khỏe và năng suất vật nuôi của họ. Trong phần đầu tiên của loạt bài gồm ba phần về quản lý nội độc tố cho gia cầm, chúng ta sẽ xem xét cấu trúc của nội độc tố và phương thức hoạt động của chúng, để hiểu rõ những hậu quả đối với hệ miễn dịch và sức khỏe đường ruột của gia cầm. Phần thứ hai xem xét chi tiết hơn về sự ảnh hưởng của nội độc tố đối với năng suất và các yếu tố có thể gây ra triệu chứng nhiễm nội độc tố trong máu. Trong phần thứ ba, chúng ta sẽ thảo luận xem cách duy trì sức khỏe đường ruột cũng như sự kết giữ mạnh mẽ nội độc tố có thể giảm thiểu tác động của các hợp chất độc hại này trong quá trình chăn nuôi gia cầm như thế nào.

Tại sao nội độc tố lại quan trọng trong chăn nuôi gia cầm

Hệ vi sinh vật đường ruột là trung tâm của sức khỏe miễn dịch và sự trao đổi chất của động vật. Trong số những yếu tố khác ngoài hệ vi sinh vật đường ruột, các yếu tố về thay đổi môi trường cũng như stress, cấu phần thức ăn và sự biến đổi trong thức ăn, độc tố nấm mốc có trong thức ăn và việc sử dụng kháng sinh, tất cả đều có thể tạo ra các ảnh hưởng đến sự cân bằng mong manh của đường ruột. Khi hệ vi sinh vật thay đổi, vi khuẩn Gram âm (GNB) sinh sôi nảy nở và chết. Do đó, lượng lipopolysaccharides (LPS) – còn được gọi là nội độc tố – được giải phóng vào lòng ruột cao hơn.

Bên cạnh đó, những rối loạn dẫn đến sự gia tăng của GNB cũng làm giảm các chức năng đường tiêu hóa; vì thế, nội độc tố có thể đi vào máu. Sau đó, chúng gây ra các phản ứng miễn dịch bất lợi: nguồn dinh dưỡng của vật nuôigiờ đây chuyển hướng một phần sang cung cấp năng lượng cho hệ thống miễn dịch, giảm lượng thức ăn ăn vào, giảm năng suất và sức khỏe bị tổn hại.

Bảng 1: Cấu trúc của lipopolysaccharid vi khuẩn

	Kháng nguyên O: Kháng nguyên O phân biệt các kiểu huyết thanh của vi khuẩn, đóng nhiều vai trò trong quá trình tạo độc lực và tạo khuẩn lạc của GNB, đồng thời kích thích phản ứng miễn dịch của vật chủ. Cấu trúc của kháng nguyên O bao gồm một nhóm các oligosaccharide lặp đi lặp lại.
	Một số GNB không có kháng nguyên O; những LPS sau đó được gọi là LPS thô. Những vi khuẩn như vậy thường giảm độc lực; ngược lại, một LPS trơn – sở hữu một kháng nguyên O hoàn chỉnh – tăng khả năng liên kết cho GNB GNB và tạo ra khả năng chống lại sự bảo vệ miễn dịch đầu tiên của vật chủ.
	Vùng lõi: Gồm các hetero-oligosaccharide, vùng lõi được chia nhỏ thành vùng lõi bên ngoài và vùng lõi bên trong. Cấu trúc lõi bên trong của một chi hoặc một họ rất giống nhau; chức năng của lõi bên trong là ổn định màng ngoài và ngăn cản sự xâm nhập của các chất kháng khuẩn. Lõi ngoài có nhiều sự khác biệt hơn, cho phép vi khuẩn thích nghi với các điều kiện và áp lực khác nhau, cũng tham gia vào các cơ chế kháng thuốc chống vi khuẩn.
	Lipid A: Lipid A chịu trách nhiệm về các phản ứng kích thích miễn dịch và các hiệu ứng viêm của LPS. Cấu trúc của Lipid A chứa trục đường đôi b-1,6 glucosamine với một số lượng các axit béo liên kết (chuỗiacyl) gắn LPS vào màng tế bào.

Hình 2: Các protein liên quan đến nhận dạng LPS và phản ứng ban đầu ở cấp độ tế bào

	Protein liênkết LPS (LBP) là các protein được sản xuất chính trong gan và trong các tế bào biểu mô của phổi và đường tiêu hóa. LBP liên kết với LPS và chuyển hóa LPS thành CDI 4.
	Cụm biệt hóa 14 (CD14) là protein được gắn vào màng tế bào, hoạt động như một thụ thể để phát hiện LPS. CD14 liên kết với LPS và tạo điều kiện chuyển hóa LPS thành MD2.
	Yếu tố biệt hóa tế bào tủy 2 (MD2), một glycoprotein có túi liên kết LPS, làm trung gian cho sự biểu hiện bề mặt TLR4 và nhận biết LPS, liên kết với miền ngoại bào của TLR4.
	Cơ chế gắn kết vào thụ thể (TLR4) là một potein xuyên màng, thuộc họ thụ thể nhận dạng mô hình. Kích hoạt TLR4 dẫn đến một đường dẫn tín hiệu nội bào, kết sản xuất quả cytokine gây viêm, kích hoạt hệ thống miễn dịch bẩm sinh.

Nội độc tố là gì và cấu trúc của chúng như thế nào

LPS của vi khuẩn tạo thành các thành phần chính trong màng ngoài của tất cả GNB và rất cần thiết cho sự tồn tại của chúng. LPS tiếp xúc trực tiếp với môi trường xung quanh của vi khuẩn. Chúng hoạt động như một cơ chế bảo vệ chống lại phản ứng miễn dịch của vật chủ và các cuộc tấn công hóa học từ muối mật, lysozyme hoặc các chất kháng khuẩn khác. Ba cấu trúc xác định một LPS: Kháng nguyên O, vùng lõi và Lipid A. Mỗi cấu trúc đều đóng một vai trò quan trọng, để bảo vệ GNB hoặc đối với độc tính của LPS (Hình 1).

Nội độc tố kích hoạt phản ứng miễn dịch ở vật nuôi như thế nào

LPS chủ yếu được giải phóng khi tế bào GNB chết và ly giải, nhưng cũng xuất hiện trong giai đoạn sinh sản và tăng trưởng. LPS trong ruột xâm nhập vào hệ tuần hoàn bằng cách vận chuyển nội bào trong biểu mô ruột – được tăng cường bởi một hàng rào chức năng – và cũng bằng sự vận chuyển xuyên tế bào.

Một khi LPS đã vào máu, chúng gây ra các triệu chứng viêm và sốt, sau đó dẫn đến sốc và cuối cùng là tử vong. Những phản ứng viêm này đòi hỏi mức cytokine tăng lên, thụ thể số 4 (TRL4, thụ thể miễn dịch nhận biết LPS) đóng vai trò trung gian trong sự hoạt hóa của các cytokine,.

Protein liên kết LPS (LBP) và protein phân biệt cụm (CD14) là những protein đầu tiên nhận ra nội độc tố; sau đó chúng kích hoạt TLR-4 trên bề mặt tế bào. Việc nhận biết LPS bằng TLR4 cần có một đồng yếu tố: yếu tố biệt hóa dòng tủy 2 (MD2). Một tín hiệu đến bên trong tế bào kích hoạt sản xuất các cytokine gây viêm. Hình 2 và 3 giải thích chi tiết hơn về các trình phát và quy trình liên quan. LBP tạo thành một phức hợp ái lực cao với LPS và cung cấp chất này cho CD14. LBP cảnh báo hệ thống miễn dịch về sự hiện diện của nội độc tố và đồng thời vô hiệu hóa nó. Nồng độ cao của LBP làm giảm hoạt động của nội độc tố và bảo vệ chống lại sốc nhiễm trùng.

Tương tác LPS/CD14 được MD2 nhận dạng và kích thích TLR4, máy cảm biến LPS.

Liên kết LPS với MD2 tạo ra sự hình thành đa phân tử, bao gồm hai bản sao của phức hợp TLR4-MD2-LPS.

Những thay đổi trong TLR4 gây ra việc tuyển dụng các protein tiếp hợp nội bào có chứa vùng thu phí/thụ thể IL-1 (TIR), cần thiết để bắt đầu truyền tín hiệu nội bào. Điều này kích hoạt đường truyền tín hiệu viêm.

Bộ điều hợp chứa miền thụ thể TIR (TIR-AP), một miền tín hiệu nội bào, làm trung gian tương tác giữa TLR4 và phân tử tín hiệu tiếp theo, MyD88.

Gen phản ứng sơ cấp biệt hóa tủy xương 88 (MyD88) là một protein kết nối, liên kết các protein nhận tín hiệu từ bên ngoài tế bào với các protein chuyển tiếp tín hiệu bên trong tế bào. Nó kích hoạt các protein bật con đường NFκB.

Nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells(NF-κB) là một phức hợp protein có trong tế bào ở dạng bất hoạt. Nó hoạt động như một phản ứng đầu tiên trong trường hợp các kích thích có hại, kiểm soát việc phiên mã DNA, sản xuất cytokine và sự tồn tại của tế bào.

TNF, IL-1, IL-6 & IL-8 là các cytokine tiền viêm, kích thích giải phóng các prostaglandin và leukotrienes. Điều này sau đó dẫn đến tình trạng viêm và có thể gây sốc nhiễm trùng, các triệu chứng chính của bệnh mất nội độc tố.

Tóm lại, khi LPS đi vào máu, chúng sẽ kích hoạt phản ứng miễn dịch dẫn đến sốt, ăn ít thức ăn hơn, và đôi khi, nhiễm trùng máu. Năng lượng được chuyển hướng để duy trì phản ứng miễn dịch nâng cao ; do đó, nội độc tố làm giảm hiệu suất tăng trưởng và hiệu quả sử dụng thức ăn.

LPS cũng kích hoạt hoặc làm trầm trọng thêm các bệnh khác nhau hoặc các rối loạn gây hại cho sức khỏe của động vật, chẳng hạn như căng thẳng nhiệt và stress oxy hóa, và làmthay đổi miễn dịch bệnh lý trung gian trong gan, các bursa và ruột, cũng như trong đường sinh dục.

Dung nạp nội độc tố

Tiếp xúc nhiều lần với LPS gây ra sự dung nạp miễn dịch đối với các mầm bệnh Gram âm. Điều này xảy ra do các cytokine chống viêm được giải phóng để ngăn chặn các mô bị tổn thương do viêm quá mức. Suy giảm miễn dịch do dung nạp nội độc tố có thể dẫn đến tăng nguy cơ nhiễm trùng thứ cấp và hiệu giá tiêm chủng thấp. Tiếp xúc thường xuyên với mầm bệnh Gram âm và lượng vi khuẩn lớn hơn dẫn đến khả năng chống chịu nhanh hơn.

Nội độc tố làm gián đoạn sức khỏe đường ruột ở gia cầm

Đường tiêu hóa và niêm mạc của nó là cơ quan miễn dịch lớn nhất, nơi một số cơ chế điều hòa miễn dịch đồng thời bảo vệ cơ thể khỏi các tác nhân có hại. Đường ruột chứa một cộng đồng vi khuẩn đa dạng – bao gồm cả vi khuẩn Clostridiumperfringens, có thể gây ra viêm ruột hoại tử, nấm, động vật nguyên sinh và vi rút bám trên thành ruột. 

Ở trạng thái hệ vi sinh vật cân bằng tốt, điều này không ảnh hưởng tiêu cực đến động vật vì các tế bào biểu mô ruột phản ứng kém với LPS khi bị kích thích từ phía đỉnh. Tuy nhiên, khi LPS hiện diện ở màng đáy, và các cytokine gây viêm được điều hòa, chúng sẽ kích thích bài tiết LBP vào lòng ruột. Sau đó, TLR4 và MD2 được biểu hiện ở phần đỉnh của tế bào ruột, phản ứng miễn dịch bắt đầu, và những thay đổi trong cấu trúc và chức năng biểu mô xảy ra.

LPS ảnh hưởng đến các mối nối chặt chẽ

Các điểm nối chặt chẽ là trung tâm của chức năng rào cản chọn lọc của biểu mô ruột. Chúng được cấu tạo bởi các protein bịt kín không gian nội bào giữa các tế bào biểu mô liền kề. Những cấu trúc động lực này tương tác và phản ứng với môi trường ruột và các yếu tố ảnh hưởng đến nó, bao gồm thức ăn, chất dinh dưỡng, vi khuẩn và độc tố.

Hình 5 cho thấy mức độ biểu hiện giảm, so với vật nuôi đối chứng, của các protein tight-junction trong tá tràng của gà thịt 21 ngày tuổi được thử nghiệm với tiêm vào phúc mạc 1mg/kg trọng lượng LPS (ngày 17, 19, và 21). Sự điều hòa INF-và IL-1  o LPS gây ra, cũng được chứng minh trong nghiên cứu này, giải thích cho việc giảm biểu hiện của cácprotein tight-junction.

Nội độc tố làm tăng stress oxy hóa

Những thách thức về LPS cũng gây ra stress oxy hóa, làm rối loạn chức năng hang rào của ruột. Mức độ malondialdehyde (MDA), sản phẩm phân hủy oxy hóa chính, tăng lên, trong khi biểu hiện tế bào của các enzym chống oxy hóa và tổng khả năng chống oxy hóa trong niêm mạc ruột giảm.

Hình 6 so sánh kết quả từ các nghiên cứu khác nhau với các thử thách LPS từ 0,5 đến 1,5 mg/kg trọng lượng cơ thể (theo thứ tự từ mức độ nhiễm LPS thấp nhất đến cao nhất). MDA huyết thanh dao động từ 1,3 đến 1,7 lần so với mức đối chứng không thử thách, chứng tỏ rằng nhóm có LPS gây ra stress oxy hóa trong ruột non.

Nội độc tố làm tổn hại đến tính toàn vẹn của ruột và gây ra apoptosis

Các thách thức về LPS có thể làm suy giảm nghiêm trọng hình thái ruột ở gà thịt, thể hiện bằng sự giảm chiều cao nhung mao và tỷ lệ chiều cao/độ sâu của long nhung. Chiều cao lông nhung cần thiết cho sự hấp thụ dinh dưỡng; tỷ lệ chiều cao/độ sâu của lông nhung cho biết sự luân chuyển của mô và khả năng của hang rào ruột để thực hiện các chức năng đa dạng như tiêu hóa và hấp thụ.

Tình trạng viêm và stress oxy hóa có thể gây ra quá trình apoptosis không cân xứng (Hình 6) và suy giảm sự tăng sinh tế bào ở cấp độ ruột, làm hư hại hàng rào và chức năng miễn dịch. Ban đầu, quá trình apoptosis được kích hoạt bởi sự điều hòa của TNF-α, và ở giai đoạn sau, bởi stress oxy hóa cao hơn.

Điểm mấu chốt: LPS có thể ảnh hưởng đến sức khỏe đường ruột

Chúng ta đã biết cách LPS bắt đầu phản ứng miễn dịch dẫn đến sốt, giảm lượng thức ăn ăn vào và làm giảm hiệu suất tăng trưởng cũng như hiệu quả sử dụng thức ăn. Điều này xảy ra bởi vì động vật cần chuyển hướng năng lượng cho hệ thống miễn dịch để hỗ trợ phản ứng cao của nó. Tiếp xúc nhiều lần với nội độc tố, rất có thể là do stress, có thể làm suy giảm đáp ứng miễn dịch, điều này làm cho gia súc nuôi gia cầm dễ mắc bệnh hơn. Hơn nữa, LPS có thể làm hỏng các chức năng đa dạng của ruột vì phản ứng viêm làm giảm chức năng làm hàng rào bảo vệ của ruột, gây stress oxy hóa và apoptosis của tế bào ruột. Những yếu tố này lại làm giảm hiệu suất và làm cho vật nuôi dễ bị tổn thương hơn bởi các mầm bệnh nguy hại và nhiễm trùng thứ cấp.

Chúng ta cùng tìm hiểu xem LPS ảnh hưởng như thế nào đến các yếu tố năng suất và quản lý cũng như dẫn đến nội độc tố trong máu trong phần 2. Hãy xem phần 3để tìm hiểu về cách quản lý sức khỏe đường ruột và cách sử dụng thông minh các sản phẩm chống nội độc tố có thể hỗ trợ các nhà chăn nuôi gia cầm trong việc giải quyết vấn đề nội độc tố.

Guillermo Gaona

Giám đốc Kỹ thuật Khu vực Châu Mỹ Latinh

và Marisabel Caballero

Giám đốc Kỹ thuật về Gia cầm Toàn cầu – EW Nutrition