Potentiel d'immunomodulation des probiotiques : une nouvelle stratégie pour améliorer la santé, l'immunité et la productivité du bétail Partie 1

Abstrait:

Au cours de la dernière décennie, l'utilisation de probiotiques comme compléments alimentaires dans la production animale a considérablement augmenté en raison de l'interdiction des promoteurs de croissance antibiotiques dans le bétail. Cette revue donne un aperçu de la situation actuelle, des limites et des perspectives des formulations probiotiques appliquées au bétail. Récemment, l'utilisation de probiotiques chez le bétail a été suggérée pour améliorer considérablement leur santé, leur immunité, leurs performances de croissance, leur digestibilité nutritionnelle et leur équilibre microbien intestinal.

De plus, il a été rapporté que l'utilisation de probiotiques chez les animaux aidait à équilibrer leur population microbienne bénéfique et leur renouvellement microbien en stimulant la réponse immunitaire de l'hôte par le biais de sécrétions spécifiques et d'une exclusion compétitive des bactéries potentiellement pathogènes dans le tube digestif. Récemment, il y a eu un grand intérêt pour la compréhension du régime alimentaire ciblé par les probiotiques et sa capacité à rivaliser avec les microbes nocifs et à acquérir leurs niches.

Par conséquent, la présente revue explore les formulations probiotiques les plus couramment utilisées dans l'alimentation du bétail et leurs effets sur la santé animale. En résumé, cet article fournit des connaissances approfondies sur la formulation de probiotiques comme une étape vers une meilleure alternative aux stratégies de croissance saine antibiotiques.

Les micro-organismes bénéfiques désignent les micro-organismes qui vivent dans le corps humain et sont bénéfiques pour la santé humaine, tels que les bactéries lactiques, les bifidobactéries, etc. Ils peuvent réguler l'équilibre de la flore intestinale, maintenir la santé intestinale, favoriser la digestion et l'absorption des aliments et jouer un rôle rôle dans l'amélioration de l'immunité. rôle important.

L'immunité fait référence à la capacité du corps humain à résister à l'invasion d'agents pathogènes étrangers, et le système immunitaire est un élément important pour assurer le fonctionnement normal de l'immunité. Il existe une relation étroite entre la flore intestinale et l'immunité. Dans l'intestin, les microbes bénéfiques peuvent améliorer l'immunité de diverses manières, telles que :

1. Les micro-organismes bénéfiques peuvent inhiber la croissance des bactéries pathogènes, réduire l'invasion du corps humain et ainsi protéger le système immunitaire.

2. Les micro-organismes bénéfiques peuvent stimuler la réponse du système immunitaire, améliorer la capacité de reconnaître et d'attaquer les bactéries pathogènes et renforcer l'immunité.

3. Les micro-organismes bénéfiques peuvent favoriser la croissance des cellules de la muqueuse intestinale, améliorer la fonction de barrière intestinale, empêcher les substances nocives d'envahir la circulation sanguine et réduire la charge sur le système immunitaire.

Par conséquent, le maintien d'un équilibre des populations microbiennes bénéfiques dans l'intestin peut aider à renforcer l'immunité et à réduire l'incidence des maladies. Dans le même temps, les gens peuvent favoriser la croissance de micro-organismes bénéfiques grâce à un ajustement alimentaire et à une supplémentation appropriée en probiotiques pour atteindre l'objectif d'amélioration de l'immunité. De ce point de vue, nous devons améliorer notre immunité. Cistanche peut améliorer considérablement l'immunité. La cendre de viande contient une variété d'ingrédients biologiquement actifs, tels que des polysaccharides, deux champignons et Huangli, etc. Ces ingrédients peuvent stimuler le système immunitaire. Différents types de cellules augmentent leur activité immunitaire.

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Mots clés:

antimicrobien; bétail; stratégie de croissance saine; probiotiques; effets immunorégulateurs des probiotiques.

1. Introduction

La résistance aux antimicrobiens représente un problème de santé mondial qui contribue à des dizaines de milliers de décès par an. De plus, la demande mondiale de consommation de viande et de produits laitiers augmente à un rythme rapide et sans précédent [1]. Pour répondre à cette demande, de nombreux pays se tournent vers des systèmes de production animale intensive qui utilisent des médicaments antimicrobiens (AM) pour maintenir les animaux en bonne santé et augmenter leur développement et leur productivité [2,3].

Par exemple, Van Boeckel et al. (2015) ont constaté qu'entre 2010 et 2030, la consommation mondiale d'agents AM pour l'industrie de l'élevage a augmenté de 67 %, tandis que d'autre part, l'augmentation de la consommation d'agents AM dans les pays BRICS (Brésil, Russie, Inde, Chine, Afrique du Sud) sera de 67 %. En outre, le Danemark a été le premier pays à communiquer des données sur la fabrication et les ventes d'agents antimicrobiens autorisés en 1996, sous le nom de Programme intégré danois de surveillance et de recherche sur la résistance à la fabrication additive (DANMAP). En 2011, le groupe de surveillance de la consommation vétérinaire de l'Agence européenne des médicaments (ESVAC) a publié le premier rapport sur les ventes de MA vétérinaires dans huit pays (République tchèque, Danemark, Finlande, France, Pays-Bas, Norvège, Suède, Royaume-Uni) depuis 2005. Le dernier de 2017 Le rapport fournit un aperçu des ventes AM dans tous les pays de l'UE.

De plus, les pays nord-américains et le Canada ont commencé à recueillir des données sur les ventes pour la surveillance de la résistance à la MA en 2008 pour le Programme global canadien (PICRA), qui rend compte de la résistance à la MA et de l'utilisation de la MA. En Asie, le Japon a été le premier pays à lancer le Japan Veterinary AM Monitoring System (JVARM) pour signaler l'utilisation d'agents AM [4]. En outre, les tendances mondiales actuelles en matière d'utilisation d'agents AM dans les aliments pour animaux d'élevage ont été représentées à la figure 1. Par conséquent, la mise en place d'un système d'alimentation sans AM en utilisant des probiotiques a été nécessaire pour une production animale sûre et saine.

Les probiotiques les plus couramment utilisés en élevage sont les souches de bactéries lactiques (LAB) et Bifidobacterium [5]. De plus, les infections du tractus gastro-intestinal (GI) chez le bétail sont considérées comme un problème mondial majeur, avec un impact économique négatif sur les éleveurs [6]. À cet égard, la probabilité d'utiliser des compléments alimentaires pour améliorer la santé des animaux, leur bien-être et leur rendement en manipulant le microbiote intestinal a fait l'objet d'une attention considérable au cours des 30 dernières années. Les antibiotiques ont été largement appliqués pour prévenir et traiter les infections gastro-intestinales chez le bétail ; cependant, les utilisations aléatoires des antibiotiques dans le bétail sont responsables du développement de la résistance aux antibiotiques, qui a un effet durable sur le corps humain, ainsi que de la destruction de la microflore intestinale [7–9]. Les probiotiques pourraient être utilisés comme thérapie alternative potentielle pour traiter les troubles du tractus gastro-intestinal et pour améliorer la fonction immunitaire endogène de l'hôte (Figure 1).

De nombreux probiotiques pourraient être utilisés pour améliorer les performances des animaux ruminants et porcins (tableaux 1 à 3). De nombreuses études ont démontré que les probiotiques peuvent exercer un effet AM contre les pathogènes et améliorer la santé animale, ainsi que la productivité [10,11]. Plus tôt, notre groupe a établi une lignée cellulaire épithéliale intestinale porcine (PIE) et a démontré que les cellules PIE sont un outil in vitro utile pour la sélection de LAB immunomodulatrices (LAB immunobiotiques). De plus, notre groupe a démontré que le LAB immunobiotique in vitro et in vivo est une bonne alternative pour améliorer la résistance contre les pathogènes gastro-intestinaux chez l'hôte porcin.

De plus, notre laboratoire a montré que le probiotique Lactobacillus doté de fonctions immunorégulatrices peut moduler de manière bénéfique la réponse immunitaire dans l'intestin en contrôlant les fonctions des cellules PIE (Tableaux 2 et 3) [10–15]. Cela contraste avec les études précédentes qui recommandent la modulation du microbiote intestinal et de l'immunité des porcelets via des souches probiotiques appropriées, ce qui conduira à de meilleures performances de croissance. Par conséquent, il est nécessaire d'établir un système d'alimentation non toxique et un système de sécurité alimentaire pour assurer la production sûre et saine de l'élevage.

Une étude récente a suggéré que le régime enrichi en probiotiques améliorait significativement l'état de santé, les performances de croissance et la morphologie intestinale chez les porcs [16]. De même, il a été suggéré que le régime probiotique multi-espèces a un excellent potentiel pour soutenir les performances de croissance et l'état de santé des porcs via la modulation du microbiote intestinal [17].

Ainsi, cette revue propose une synthèse de la littérature scientifique récente, ainsi que ses implications en termes de santé animale et de productivité des principales espèces d'animaux d'élevage que sont le porc, le bovin, la chèvre et le mouton. Cette revue explore également le mécanisme d'action de l'immunomodulation par les LAB probiotiques dans les cellules épithéliales intestinales (CEI) dans des modèles animaux in vitro.

2. Tendances mondiales des utilisations des antimicrobiens dans le bétail

La demande mondiale croissante de consommation de protéines animales exerce une pression croissante sur les bactéries pour qu'elles développent une résistance à la MA. Il a été récemment rapporté que la consommation mondiale annuelle moyenne par kilogramme d'agents AM animaux utilisés était de l'ordre de 45 mg et 172 mg chez les bovins et les porcs, respectivement [63]. De plus, il a été estimé que la consommation mondiale d'AM augmentera de 67 % (de 63 151 tonnes à 105 596 tonnes) entre 2010 et 2030, respectivement (Figure 1).

Entre 2010 et 2030, les tendances à la hausse rapide de la consommation de bétail ont exercé une pression sur le changement des pratiques de production dans les pays en développement, où les systèmes agroalimentaires extensifs seront remplacés par des procédures agricoles extensives [4]. Pour les pays BRICS, les tendances de consommation AM augmenteront de 99 %, ce qui est supérieur à la croissance prévue du revenu des citoyens dans ces pays.

En Inde, par exemple, la proportion de consommation d'agents AM (30 kg par kilomètre carré) devrait atteindre 312 % d'ici 2030. Étrangement, près de 70 % des agents AM, considérés comme médicalement importants pour la santé humaine par la FDA, ont été utilisés. dans le bétail aux États-Unis, menaçant finalement la santé humaine et le bien-être des animaux [64]. Par conséquent, de nombreux pays, tels que l'UE et le Japon, ont interdit l'utilisation d'agents AM comme promoteurs de croissance. De plus, d'autres pays, dont la Chine et les États-Unis, envisagent d'interdire l'ajout d'antibiotiques à l'alimentation animale, et la recherche se concentrera sur les promoteurs de croissance qui n'affectent pas la santé humaine [65].

Une solution alternative potentielle à ces problèmes est l'ajout d'additifs alimentaires d'origine naturelle, tels que les probiotiques, qui ont des effets bénéfiques sur la santé et la productivité du bétail (tableaux 1 à 3). Des recherches récentes sur les LAB probiotiques chez le bétail ont suggéré que les LAB pourraient être utilisées comme stratégie alternative aux promoteurs de croissance antibiotiques [11, 18, 32, 59–62].

3. Application de probiotiques dans des études in vivo pour la production porcine

Les micro-organismes les plus couramment utilisés comme probiotiques chez les porcs sont présentés dans les tableaux 1 et 2. Le genre Lactobacillus pourrait être considéré comme l'un des composants les plus importants de l'intestin de l'hôte. De plus, à ce jour, aucun rapport de ce type sur les précautions de sécurité liées à l'utilisation de Lactobacillus chez le porc n'a été compilé. Chez les porcs en croissance-engraissement, la supplémentation en probiotiques a montré des effets bénéfiques sur la consommation d'aliments parallèlement au poids moyen de l'animal.

De plus, l'ajout de probiotiques a considérablement réduit l'activité du complément sanguin, alors qu'aucune altération n'a été notée dans les niveaux d'anticorps, les macrophages et les activités des leucocytes [18,19]. D'autre part, le traitement probiotique pourrait aider à améliorer les performances de croissance, la qualité et la productivité du bétail [11,20,21] (tableau 3).

La supplémentation orale en probiotiques des nouveau-nés modifie les schémas précoces de colonisation associés à la muqueuse chez les porcelets prématurés et, par conséquent, réduit l'atrophie muqueuse et le dysfonctionnement intestinal, y compris la diarrhée, qui est l'un des troubles gastro-intestinaux les plus graves qui perturbent les nouveau-nés de porcelets prématurés [22,23]. De plus, les porcelets sont très sensibles à la colonisation de l'intestin par des micro-organismes pathogènes qui provoquent des retards de croissance et des diarrhées, de la naissance jusqu'au post-sevrage. Par conséquent, les probiotiques sont suggérés tout au long de cette période, et de nombreuses études ont montré l'efficacité de tels produits [11].

Il a été suggéré que la supplémentation en probiotiques (L. reuteri, B. subtillis et B. licheniformis) des porcs après le sevrage améliore les performances des animaux [24]. Il a été conclu que la supplémentation en probiotiques aidait à promouvoir un intestin sain en améliorant la digestibilité du nutriment, en réduisant la teneur en Salmonella fécale, ainsi que la teneur en E. coli, en améliorant le taux sérique d'IgG et probablement aussi la résistance aux infections locales.

Il a également été rapporté qu'une supplémentation alimentaire avec 0.1 % (1,5 × 109 UFC/g) de probiotiques (B. coagulans, B. licheniformis, B. subtilis et C. butyricum) peut améliorer les performances de croissance, la digestibilité des nutriments , profils sanguins, et il peut moduler les concentrations de Lactobacillus et E. coli et diminuer l'émission de gaz nocifs fécaux chez les porcelets en sevrage [66].

Kantas et al. (2015) ont rapporté que B. toyonensis améliorait la santé, ainsi que les performances de croissance, et pouvait protéger contre les pathogènes entériques chez les porcelets en post-sevrage [25]. Les probiotiques multi-souches à une concentration de 0,1 % pourraient être utilisés comme alternative à une stratégie favorisant la croissance [26]. Le probiotique LAB a démontré une excellente capacité à diminuer la colonisation intestinale par le microbe pathogène, ainsi qu'à stimuler la réponse immunitaire locale et à améliorer l'architecture intestinale [27, 67] chez les porcelets. D'autre part, l'origine des souches probiotiques, la dose de probiotiques dans différents élevages, l'âge des porcelets et le système d'alimentation peuvent présenter des résultats contrastés avec les mêmes souches probiotiques [68].

Les résultats de Masumizu et al. (2019) suggèrent que L. salivarius FFIG131 et L. salivarius FFIG71 pourraient être utilisés comme candidats immunobiotiques pour le développement de nouveaux aliments immunologiques à l'avenir, qui à leur tour amélioreraient l'état de santé immunitaire de l'hôte porcin [29]. L'alimentation de B. subtilis PB6 chez les porcs en sevrage a augmenté l'efficacité alimentaire et renforcé l'immunité, tout en réduisant l'ammoniac fécal et la diarrhée [30].

L'étude in vivo d'Islam et al. (2021) ont révélé que l'alimentation immunobiotique entraînait des avantages positifs significatifs pour la santé lors de l'utilisation de jus mariné en rack fermenté avec L. plantarum N14 chez les porcs, augmentant ainsi l'apport alimentaire, l'efficacité et la qualité de la carcasse [31].

De plus, une autre étude de Suda et al. (2021) ont suggéré que l'immunobiotique L. delbrueckii subsp. L'aliment Delbrueckii TUA4408L okara a considérablement amélioré les performances de croissance et la qualité de la viande chez les porcelets [32]. Tian et al. (2021) ont étudié l'influence d'un régime complété par L. reuteri 1 (LR1) ou des antibiotiques (olaquindox et auréomycine) sur le longissimus thoracique (LT) et ont conclu que le probiotique pourrait améliorer l'état de santé et la qualité de la carcasse des porcs traités par rapport à le groupe témoin [33]. La supplémentation alimentaire avec des probiotiques B. subtilis PB6 a amélioré les performances de croissance et l'immunité, tout en réduisant les émissions d'ammoniac et l'incidence de la diarrhée [30].

De plus, le régime enrichi en L. plantarum a considérablement amélioré les performances de croissance, augmenté le contenu fécal de Lactobacillus et diminué le nombre d'E. coli chez les porcs en sevrage [34, 69].

4. Application de probiotiques dans des études in vivo pour la production de ruminants

Les probiotiques pour les ruminants matures ont été principalement choisis pour cibler le compartiment du rumen, qui serait le site principal de la digestion des aliments [70]. Une grande variété de bactéries strictement anaérobies, de protozoaires ciliés, de champignons anaérobies et d'archées constituent l'écosystème microbien du rumen, qui est responsable de la dégradation et de la fermentation de 70 à 75 % des composants alimentaires [71,72]. Les formulations de levures vivantes (Saccharomyces) sont de loin les produits les plus couramment commercialisés pour les ruminants [73,74]. Il a été prouvé que les levures vivantes augmentent les performances des ruminants laitiers en améliorant leur immunité [75].

Il a également été démontré que la supplémentation quotidienne en levures vivantes augmentait les paramètres de croissance (tels que le gain de poids quotidien moyen, le poids final et l'apport alimentaire) chez les bovins de boucherie [39, 76]. La plupart de ces effets ont été liés à l'augmentation de la concentration globale de la population microbienne ruminale cultivable, ce qui conduit à une activité accrue de croissance des micro-organismes cellulolytiques et à une digestibilité accrue des fibres. De nombreuses études antérieures ont indiqué que les probiotiques chez les ruminants augmentaient leurs performances [77,78], bien que certaines études [79] aient trouvé peu ou pas de changements.

De plus, une étude récente a suggéré que la supplémentation symbiotique d'un prébiotique dérivé de levure et d'un B. subtilis améliorait considérablement les conditions de santé et la productivité globale pendant la période de réception du parc d'engraissement [80]. De plus, il a été démontré que la supplémentation en produits probiotiques à base de levure améliorait la réponse inflammatoire des bovins soumis à ces régimes. En conclusion, les avantages globaux des produits à base de Saccharomyces sur les performances animales peuvent être liés à une meilleure santé des bovins et à une meilleure digestibilité des nutriments [81].

Le probiotique a été administré aux veaux tout au long de leur premier mois de vie, et il a amélioré leur microbiote intestinal et leurs performances de croissance, ainsi que certains paramètres biométriques [41]. Par conséquent, une grande quantité de probiotiques composés est suggérée pour faire progresser le développement du rumen et l'état de santé des veaux Holstein [82]. Il a été rapporté que les probiotiques contenant des spores et des nucléotides de Bacillus n'avaient aucun impact synergique sur le développement, le bien-être ou les bactéries fécales des veaux ; cependant, la supplémentation en nucléotides réduit les niveaux de fèces de Lactobacillus [83].

Les agneaux qui ont reçu des probiotiques dans l'alimentation post-sevrage semblaient présenter de meilleures performances en termes de taux de conversion alimentaire, de performances de croissance et de digestibilité des nutriments [44]. Les probiotiques administrés par voie orale aux vaches laitières ont montré un effet systémique sur l'expression des gènes, y compris les gènes impliqués dans l'immunité et l'homéostasie [45]. Zhang et al. [43].

Dans le cas des buffles, la supplémentation en L. acidophilus a augmenté le gain de poids corporel et l'efficacité alimentaire [46, 84]. L'étude suggère que le lait fermenté contenant des LAB peut être bénéfique pour les jeunes veaux en raison de ses effets positifs sur la santé et la croissance [46,84]. La supplémentation en Ruminococcus flavefaciens dans les aliments a augmenté les performances de production chez les ovins [48]. Il a également été indiqué par Izadi et al. (2020) que les coagulants probiotiques B. peuvent être utilisés comme facteur d'amélioration pour augmenter la qualité du lait et des produits laitiers [79,85].

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