Иммуномодуляторы в промышленном животноводстве как альтернатива антибиотикам

Ввиду очевидной необходимости безопасного, рентабельного и стабильного источника продовольствия, те из нас, кто служит в секторе здравоохранения сельскохозяйственных животных, должны выполнять свою работу в соответствии с высочайшими стандартами. Мастит у коров и свиней является одним из заболеваний, к которому животные становятся уязвимее после опороса/отела, чем в иные периоды жизни. В США стрептококки и колиформные бактерии – наиболее распространенные возбудители мастита, они чаще других были выделены из животных с тяжелой формой заболевания в молочных хозяйствах с оптимальными условиями содержания [1,2]. В ходе клинических испытаний и экспериментальных исследований было продемонстрировано отсутствие улучшений при лечении антибиотиками мастита крупного рогатого скота колиформной этиологии в клинической или скрытой форме [3-5]. Таким образом, в ветеринарном секторе существует незаполненный пробел в том, что касается подходящих альтернатив для профилактики или лечения мастита. Среди таких подходов в частности использование иммуномодуляторов, соединений, способных повысить резистентность к маститам. Иммунный ответ при инфекционных заболеваниях обеспечивается различными, но при этом взаимозависимыми клеточными и гуморальными механизмами. Способность животных активировать эффективные механизмы защиты против патогенов и нормальной флоры обусловлена многочисленными факторами окружающей среды, а также генетической спецификой. Врожденная сопротивляемость против инфекционных заболеваний связана напрямую с физиологическими особенностями каждого отдельно взятого животного и обуславливает степень уязвимости к каждому конкретному патогену. Иммунный ответ обеспечивается целым рядом клеточных линий, таких, как В- лимфоциты, Т-лимфоциты, нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, макрофаги и тучные клетки. Каждая из этих групп клеток имеет свою функцию в запуске иммунных защитных механизмов. Врожденный иммунитет представляет собой совокупность компонентов, работа которых не особенно зависит от контакта с инфекционными агентами [6]. Лимфоциты обеспечивают иммунные реакции адаптивного характера и обладают памятью на случай последующих встреч с тем же патогеном. В настоящем докладе речь пойдет об инновационном подходе к модуляторному воздействию на врожденный иммунитет как одной из альтернатив снижения использования антибиотиков в ветеринарной медицине.

Первые представления о клеточном иммунитете появились более 100 лет назад – кстати говоря, в ходе исследования причин мастита у коров. В своей нобелевской лекции 1908 года русский зоолог Илья Мечников описывает течение болезни как битву между болезнетворным агентом (инородным микроорганизмом) и клетками организма. Выздоровление же представляет собой победу клеток, а иммунитет – следствие их деятельности, достаточное для предотвращения нового вторжения микроорганизмов [7]. Мечников также опирался на работы швейцарского ветеринарного эксперта Генриха Чокке, впервые заметившего, что большое количество фагоцитов в дополнение к стрептококкам при инфекционном мастите коров было хорошим признаком. Если фагоцитоз имел место в незначительной степени или не наблюдался вовсе, коров объявляли непригодными для производства качественного молока. Эти идеи были развиты впоследствии, когда появилось представление о том, что фагоциты не просто поглощают микроорганизмы, но полностью их уничтожают. В некоторых случаях стрептококкам удавалось «уничтожить фагоциты, будучи поглощенными, и тем самым освободиться, чтобы продолжить свою смертоносную деятельность». Вклад таких нобелевских лауреатов, как Мечников, сделал возможным наше сегодняшнее понимание иммунного ответа. Одной из важнейших групп клеток являются нейтрофилы, так как реагируют быстро (в течение нескольких минут) и не требуют предшествующего опыта экспозиции тем или иным патогеном для эффективной его эрадикации. Основной функцией нейтрофилов является фагоцитоз и уничтожение инородных микроорганизмов. Фагоцитоз, вероятно, можно считать самым распространенным из защитных механизмов: его можно наблюдать практически во всех типах царства животных.

Сельскохозяйственные животные постоянно сталкиваются с патогенами бактериальной, вирусной и грибной природы, и исход их взаимодействия определяется рядом факторов. Развитие инфекционного процесса в тканях и органах зависит от баланса между защитными механизмами тела хозяина и способностью патогена справляться с неблагоприятными для выживания условиями. Исследования показали, что уже упоминавшимся нейтрофилам требуется 1-2 часа, чтобы мигрировать в больших количествах к очагу инфекции, вызванной E. coli [8-11]. Это означает, что в распоряжении микроорганизмов имеется двухчасовой запас времени, и любая задержка воспалительного процесса повлечет за собой лишь бóльшее количество микроорганизмов, в отношении которых нужно будет принять меры. К сожалению, у находящихся в состоянии стресса животных часто бывали описаны задержки септического воспаления [12- 14] – механизмы подобного запаздывания также были идентифицированы [15-17]. Огромная роль нейтрофилов в функционировании защитных механизмов практически во всех тканях была неоднократно продемонстрирована [18-24]: ранняя и быстрая их миграция является ключевым моментом в выздоровлении животного [25]. Помимо этого, нейтрофилы синтезируют цитокины, в свою очередь обеспечивающие приток к месту воспаления новых нейтрофилов [26-29]. Иными словами, нейтрофилы являются одним из наиболее важных факторов при защите от инфекционных процессов в тканях, что в частности подробно описано в случае мастита [13,14,20,30].

Дословное определение иммуносупрессии – это пониженная иммуннологическая реактивность. Исследования перинатальной иммуносупрессии ведутся с тех пор, как было замечено, что большинство случаев мастита у молочных коров имеет место на ранних стадиях лактации, а также что мастит у коров носит характер оппортунистической инфекции, то есть, скорее всего, инфекция развивается вследствие иммуносупрессии. Каковы же доказательства существования перинатальной иммуносупрессии? Из практики известно, что оппортунистические инфекции связаны с компромиссами, на которые идет сам организм, ослабляя собственные защитные механизмы. За последние 20 лет были проведены многочисленные исследования и поступили сообщения о дисфункции лимфоцитов и нейтрофилов у коров и свиноматок в перинатальный период [12,15,31-71]. Перинатальная дисрегуляция иммунной системы имеет последствия для всех систем органов животных: например, возрастает вероятность инфекций, протекающих в желудочно-кишечном, дыхательном и репродуктивном трактах перед отелом/опоросом и сразу после.

Физиологические факторы, способствующие перинатальной иммуносупрессии и повышенной заболеваемости, изучены не до конца. Известно, однако, что в течение одной-двух недель после отела у коров имеет место малоизбирательное угнетение иммунной системы. Функциональная активность лейкоцитов у молочных коров и у коров во время отела очень сильно различалась [49,51-53,55,72-78]. Особенно же важно то, что была установлена связь между дисфункцией нейтрофилов и заболеваниями в перинатальный период [40,46,54]. Перинатальная иммуносупрессия характерна не только для крупного рогатого скота: корреляция между угнетением функционирования нейтрофилов и развитием колиформного мастита была показана также и у свиноматок. [71]. Дисфунцкии лимфоцитов также характерны для иммуносупрессии в перинатальный период. В дополнение к пониженной продукции антител лимфоциты также перестают в прежних количествах синтезировать цитокины, которые активируют и регулируют как врожденный, так и приобретенный иммунитет [39,49,51,73,79-81].

Перспективы иммуномодуляторов как средства контроля заболевания

Лечебные иммуномодуляторы могут использоваться в качестве лекарственного средства для профилактики или облегчения симптомов заболеваний различной (вирусной или бактериальной) этиологии. Задача подобного препарата заключается в воздействии на иммунную систему животного в течение времени, достаточного для поддержания требуемой активности иммунной системы в период ее дисфункции. Одним из классов соединений, исследовавшихся на предмет пригодности для биотерапии, были цитокины. Предполагается, что введение животному с ослабленным иммунитетом рекомбинантных цитокинов для модуляции иммунного ответа способно предотвратить развитие бактериальных инфекций [82]. Был проведен ряд исследований цитокинов, функционирующих у коров в обычном состоянии [36,83- 88]. Так, гранулоцитарный колониестимулирующий фактор (Г-КСФ) представляет собой цитокин, стимулирующий в костном мозгу продукцию гранулоцитов, в частности нейтрофилов, которые направляются на борьбу с инфекцией. Г-КСФ человека в течение многих лет успешно используется в ходе вспомогательной терапии для онкологических больных, проходящих химиотерапию. Были проведены и исследования эффекта от применения Г-КСФ на иммунитет крупного рогатого скота и его пригодности для профилактики мастита [35,89-93]. По данным наших исследований, неблагоприятного воздействия на свиней и коров не наблюдалось, в то же время заболеваемость и тяжесть симптомов колиформного мастита снижались на 50% в последнюю неделю лактации [94]. Также было продемонстрировано благотворное действие Г-КСФ при маститах, вызываемых Staphylococcus aureus и Klebsiella pneumoniae [93,95]. Крайне важно понимать, что иммуномодуляторы лучше всего работают в организмах с ослабленным иммунитетом, поэтому перинатальный период является весьма подходящим временем для применения таких соединений, поскольку они смогут восстановить нормальное функционирование иммунной системы.

Также был выявлен ряд ограничений использования цитокинов в терапевтических целях, в числе которых непродолжительный период полувыведения (как правило, несколько часов) и необходимость многократного введения животным в критические периоды. Чтобы преодолеть эти трудности, мы разработали метод доставки Г-КСФ при однократной инъекции с помощью аденовируса с отключенной репликацией в качестве вектора, что обеспечивает нейтрофилию на протяжении длительного, до 3 недель, времени [96].

Подходящие альтернативы антибиотикам в мясном и молочном животноводстве должны быть изучены, а иммуномодуляторы представляют собой перспективное направление в области профилактики, лечения и метафилактических методов контроля в пиковые периоды заболеваемости. Исследования в данной области продолжают проводиться.