Wpływ mikrobiomu na psa
Badania na myszach wykazały, że mikrobiom układu pokarmowego wpływa na układ nerwowy i udowadniają, że mikrobiom jelitowy ma bezpośredni związek z zaburzeniami depresyjnymi.
W skład mikrobiomu wchodzą bakterie (w zdecydowanej większości), archeony, grzyby i pierwotniaki. Psy należą do zwierząt monogastrycznych, a ich organizmy zasiedlają głównie gromady Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, Fusobacteria i Actinobacteria. Ich skład ilościowy oraz jakościowy różni się i w dużej mierze zależy od środowiska, diety, wieku, a nawet płci. Mikrobiom ze względu na pełnienie funkcji nie tylko związanej z rozkładem substancji pokarmowych, ale również immunologicznej ma bezpośredni wpływ na stan organizmu, a jego zaburzenia będą zwiększały ryzyko wystąpienia chorób związanych z układem zarówno pokarmowym, jak i ogólnoustrojowym. Jest on również nieustannie stymulowany przez bodźce pochodzenia zarówno zewnętrznego (przez mikroorganizmy dostające się wraz z pokarmem), jak i wewnętrznego (przez warunkowo chorobotwórcze mikroorganizmy, występujące stale w przewodzie pokarmowym, np. Salmonella, E. Coli).
Rodzaje bakterii w mikrobiomie
Mikrobiom układu pokarmowego ssaków, w tym zwierząt domowych, takich jak psy, składa się głównie z bakterii, należących, do takich typów, jak:
- Firmicutes,
- Proteobacteria,
- Bacteroidetes,
- Fusobactetria,
- Actinobacteria.
U psów typ Firmicutes stanowi około połowy populacji – 47,7%, Proteobacteria około 23%, Bacteroidetes około 10%, Fusobacteria do 8%, a Actinobacteria od 1 do 8%.
Firmicutes to bakterie Gram-dodatnie, składające się z rodzin takich jak Clostridium i Lactobacillaceae.
Rodzina Clostridium odpowiada głównie za degradację białek w układzie pokarmowym, bakterie te charakteryzują się również zdolnością do wytwarzania przetrwalników i są bezwzględnie beztlenowcami.
Rodzina Lactobacillaceae jest odpowiedzialna za degradację albuminy, globulin i kazeiny, między innymi białek obecnych w mięsie. Ta rodzina należy do warunkowych beztlenowców.
Proteobacteria to bakterie Gram-ujemne, do których należą między innymi Enterobacteriaceae. Należące do tej rodziny Escherichia coli i Salmonella to beztlenowce odpowiedzialne za fermentację cukrów. Escherichia coli bierze udział również w produkcji witaminy K2. Ponadto ograniczają one namnażanie się bakterii chorobotwórczych w jelitach.
W układzie pokarmowym znajdują się również gromady takie jak Bacteroidetes, Fusobacteria czy Actinobacteria, które współdziałają między sobą i rywalizują o możliwość zasiedlenia układu pokarmowego.
Znaczenie odpowiedniej diety
Mikroorganizmy przewodu pokarmowego rozkładają niestrawione składniki pokarmowe, biorą udział w produkcji witamin i wytwarzają bakteriocyny, czyli substancje bójcze dla chorobotwórczych drobnoustrojów, regulując w ten sposób ilość drobnoustrojów chorobotwórczych. Z tego powodu wprowadzenie odpowiednio zbilansowanej diety może wspomóc regulację mikrobiomu i prawidłowe funkcjonowanie organizmu. Aby zbilansować w prawidłowy sposób diety zwierząt domowych, na rynku pojawiły się karmy z dodatkiem probiotyków, ziół i aminokwasów.
Brak równowagi we florze bakteryjnej może wystąpić podczas zaburzeń odżywiania, błędów żywieniowych, nietolerancji pokarmowych i alergii oraz problemów trawiennych. Składniki odżywcze w komercyjnych karmach dla psów, takie jak białka, tłuszcze lub węglowodany, oraz ich ilość mogą wpływać zarówno na skład mikrobiomu, jak i na jego funkcję. Dieta niskowęglowodanowa lub wysokotłuszczowa i uboga w błonnik zmniejszają różnorodność składu mikrobiomu, powodując dysbiozę jelit. Następuje wówczas spadek Lactobacillus sp. i Bifidobacterium sp., natomiast wzrost E. coli i Bacteroidetes. Stan mikrobiomu przewodu pokarmowego wpływa również na prawidłowe funkcjonowanie układu odpornościowego, a co za tym idzie – występowanie alergii, trawienie, choroby serca i cukrzycę. Chroni również organizm przed bakteriami chorobotwórczymi, takimi jak Salmonella spp. lub Shigella spp. Co ciekawe, mikrobiom posiada również zdolność do regulowania ekspresji genów odpowiedzialnych m.in. za przyswajanie tłuszczów i węglowodanów. Osoby szczupłe mają inny mikrobiom niż osoby otyłe.
Mikrobiom psów na różnych dietach
Badania przeprowadzone przez White R. i in. wykazały, że odpowiednia dieta może modyfikować mikroflorę jelitową, np. poprzez propolis, goździki, oregano czy cynamon. Ponadto badania pokazują, że psy karmione dietą BARF otrzymują więcej białka i tłuszczu, ale mniej błonnika niż psy karmione karmą komercyjną. W związku z tym u psów karmionych dietą BARF zaobserwowano większą liczbę Lactobacillaceace, Enterobacteriaceae, Fusobacterium i Clostridium. U psów karmionych karmą komercyjną odnotowano wzrost liczby Clostridiaceae, Erysipelotrichaceae, Ruminococcaceae i Lachnospiraceae. Niestety, dodatkowo odnotowano wzrost Escherichia coli i Clostridium perfringens w grupie psów żywionych dietą BARF.
Przeprowadzono również badanie (Schmidt M. i in.) w celu zestawienia różnic między karmieniem psów dietą komercyjną (RD), dietą z dodatkiem ciecierzycy (CP) i dietą z dodatkiem grochu (PE). Do 28-dniowego badania włączono osiem psów rasy border collie. Dieta CP składała się z wołowiny, płatków owsianych, mąki ryżowej, marchwi, 150 ml wody, alg i mąki z ciecierzycy, natomiast mąkę z ciecierzycy w diecie PE zastąpiono mąką grochową. Analiza wykazała, że populacja drobnoustrojów nie zmieniła się znacząco po tak krótkim czasie trwania badania. Najliczniejszym typem był Firmicutes, następnie Bacteroidetes i Fusobacterium. Jednocześnie stwierdzono mniejszą liczebność Actinobacteria i Proteobacteria.
Inny ważny aspekt, oparty na ostatnich badaniach, wiąże różnorodność składu mikrobiomu jelitowego z regulacją behawioralną i psychologiczną. Badanie Kirchoffa i in. na psach typu american pit bull terrier wykazały korelację między składem mikrobiomu przewodu pokarmowego a występowaniem agresji u psów. Autorzy tej pracy sugerują możliwość zastosowania w przyszłości specyficznych probiotyków do stabilizacji mikrobiomu psów agresywnych, ponieważ – według wstępnych analiz – mikrobiom psów agresywnych charakteryzuje się wyższym poziomem Firmicutes, Fusobacteria, Bacteroidetes, Proteobacteria, w tym Lactobacillus, i niższym poziomem Bacteroides, jednakże aspekt ten wymaga dalszych badań.
Suplementy dla psa wspierające mikrobiom
Oprócz probiotyków można podawać substancje m.in. pochodzenia roślinnego, które mogą pozytywnie wpływać na mikrobiom przewodu pokarmowego, np. proantocyjanidyny pochodzące z winogron. Następne badanie, przeprowadzone przez Scarsella i in., tam, gdzie zastosowano wspomnianą substancję wykazało, że wpływa ona na mikroflorę układu pokarmowego psów, a także na odpowiedź neuroendokrynną – wzrost poziomu serotoniny po 28 dniach stosowania suplementu. Stosowanie polifenoli w żywieniu psów jako sposobu manipulacji mikrobiomem wiąże się z przypuszczeniem, że mikroorganizmy jelitowe mogą brać udział w absorpcji struktury polifenolowej w wyniku przemiany w związki o małej masie cząsteczkowej, jednak ten temat wymaga dalszych badań.
Mikrobiom a stres
Zapewniając odpowiedni dobrostan również można wpływać na mikrobiom. Przewlekły stres oddziałuje na zmiany populacji drobnoustrojów w przewodzie pokarmowym zwierząt i ludzi. Przyczyną takich sytuacji prawdopodobnie jest ograniczenie zwierzęciu wolności i możliwości swobodnego ruchu, unieruchomienie oraz pozbawienie pokarmu i wody. U myszy takie postępowanie doprowadziło do zmniejszenia bogactwa Porphyromonadaceae i różnorodności drobnoustrojów w jelicie ślepym.
Badania na myszach wykazały, że po celowym zakażeniu myszy C. rodentium wcześniej zestresowane myszy uległy infekcji, podczas gdy u zdrowych myszy nie doszło do reakcji lub opóźniane było namnażanie się bakterii w jelitach. Warto również zauważyć, że zmiany w mikrobiomie osoby zestresowanej są lepiej widoczne po kilku dniach stresu niż bezpośrednio po pierwszej dawce stresu.
W przypadku psów przewlekły stres aktywuje autonomiczny układ nerwowy, który jest połączony z przewodem pokarmowym (tak zwana oś jelitowo-mózgowa, która jest nierozerwalnym łącznikiem między układem nerwowym a przewodem pokarmowym. Jest to układ reakcji biochemicznych indukowanych przez mikroflorę jelitową, który może modyfikować funkcjonowanie ośrodka układu nerwowego) powoduje to zmiany w przewodzie pokarmowym, takie jak zaprzestanie wydzielania soku żołądkowego. Zanikają wówczas warunki do prawidłowego wzrostu gatunków bakterii probiotycznych, takich jak Lactobacillus, warunkując ich usunięcie z przewodu pokarmowego. Może to się zdarzyć nawet kilka dni po stresującej sytuacji. Brak odpowiedniej liczby bakterii chroniących przewód pokarmowy przed gatunkami chorobotwórczymi zwiększa prawdopodobieństwo rozwoju bakterii chorobotwórczych, a co za tym idzie, również infekcji.
Podsumowując, na podstawie badań na myszach i psach można stwierdzić, że zmiany mikroflory wywołane stresorami mogą być przemijające, ale także że długotrwałe lub powtarzające się stresory prowadzą do trwałych zmian w mikroflorze organizmu. Przetrzymywanie zwierząt w ciasnych pomieszczeniach często skutkuje samookaleczeniami. Poważne konsekwencje nieprawidłowego utrzymywania zwierząt mogą obejmować stres spowodowany małymi przestrzeniami lub nieznanymi przedmiotami oraz stereotypie, takie jak gryzienie kończyn i ogona. Z drugiej strony psy mogą rozwinąć niepożądane zachowania, takie jak agresja lub lęk. Badania na pracujących psach wykazały również, że przedłużone przebywanie w klatkach może prowadzić do takich objawów, jak utrata masy ciała, biegunka lub koprofagia. Objawy te mogą wskazywać na związek między stresem a dysbiozą mikrobioty żołądkowo-jelitowej psów. Negatywny wpływ izolacji psów potwierdziły również badania na psach rasy beagle, przy czym największy wzrost niepożądanych zachowań odnotowano u psów trzymanych w najbardziej odizolowanych i najmniejszych klatkach.
Wyniki tego badania sugerują również, że sama izolacja jest stresorem o negatywnym wpływie na zdrowie gospodarza i jego mikrobiotę. Badania przeprowadzone na psach o zaburzonym zachowaniu – głównie agresji – wykazały spadek liczebności Bacteriodaceae, Alcaligenaceae i Paraprevotellaceae, ale wzrost Erysipelotrichaceae w porównaniu z grupą zrównoważonych emocjonalnie psów. Wzrost liczby Rikenellaceae zaobserwowano u psów z fobiami.
Wpływ genów na mikrobiom
Geny również mają wpływ na mikrobiom, dlatego ważne jest, aby rzetelnie i niespiesznie wybierać hodowlę, z której chcemy nabyć szczenię. W hodowlach zatwierdzonych przez FCI do rozrodu dopuszczane są zdrowe osobniki, dzięki czemu szczenięta nie są obciążone genetycznie. W przypadku psów udomowienie jest ważnym czynnikiem genetycznym. Kluczowa była zmiana stosunku białka w diecie do węglowodanów. Psy przystosowały się do diety wszystkożernej podczas udomowienia, a ich mikrobiom został wzbogacony o bakterie, które rozkładają polisacharydy obecne w roślinach, zwłaszcza skrobię i celulozę.
Mikrobiom psa a mikrobiom wilka
Badania porównujące mikrobiom psów i wilków wykazały istotnie wyższe poziomy rodzin Ruminococcaceae związanych z trawieniem celulozy i Lactobacillaceae związanych z fermentacją glukozy w mikrobiomie przewodu pokarmowego psów, co sugeruje znaczący wpływ diety człowieka na zmiany mikrobiomu psów.
Kolejnym czynnikiem różnicującym mikrobiotę psów i wilków jest obecność szczepów opornych na poszczególne rodzaje antybiotyków – wilki miały wyższy udział gatunków opornych na antybiotyki stosowane u zwierząt gospodarskich, a psy wyższy udział bakterii opornych na leczenie metodami klinicznymi. Dodatkowo każdy osobnik ma swój indywidualny mikrobiom, który coraz częściej jest uważany za cechę fenotypową zwierzęcia. Badania na szczeniętach wykazały podobieństwo w miotach spokrewnionych i niespokrewnionych. Istniały jednak różnice indywidualne.
Mikrobiom psów w okresie rozrodczym i u szczeniąt
Na mikrobiom mogą mieć wpływ czynniki związane z rozrodem, takie jak ciąża lub ruja, a także różnice w poziomie niektórych hormonów. Zdrowie matki i jej mikrobiom zarówno podczas ciąży, jak i w czasie odchowu mają duży wpływ na mikrobiom szczeniąt. Jego skład związany jest z przyjmowaniem siary, a później mleka, które składa się głównie z bakterii kwasu mlekowego, tj. Lactobacillus i Bifidobacterium. Później, pod wpływem diety i czynników środowiskowych, zmienia się i stabilizuje. U zwierząt monogastrycznych, w tym także u psów, stabilizacja mikrobiomu następuje w okresie odsadzenia.
W pierwszych tygodniach życia szczenięta mają zróżnicowany skład mikrobiomu, jednak w 9. tygodniu życia skład normuje się. Czynniki te często różnią się w zależności od płci. Badania przeprowadzone na myszach przez Koren i in. wykazały, że mikrobiom samic w czasie ciąży zmienia się znacząco, samice w tym czasie mają obniżoną wrażliwość na insulinę, co przygotowuje je do gromadzenia rezerw energetycznych do odchowu potomstwa. Odkryto, że nastąpił spadek liczby Firmicutes i Actinobacteria między pierwszym a trzecim trymestrem ciąży, przy jednoczesnym wzroście Bacteroidetes. Jednak przeprowadzona inokulacja mikrobiomu ciężarnych myszy u myszy niebędących w ciąży spowodowała otyłość.
Mikrobiom psów a wiek
Wiek również jest ważnym czynnikiem różnicującym mikrobiotę. U psów poziom Fusobacteria spada wraz z wiekiem. U zwierząt o obniżonych zdolnościach poznawczych odnotowano stosunkowo wyższe niż u ludzi poziomy rodzaju Actinobacteria. Biorąc pod uwagę podobieństwo mikrobiomu psa i człowieka, wskazane są dalsze badania w tym zakresie.
Bibliografia:
- White R. i in., Randomized, controlled trial evaluating the effect of multi-strain probiotic on the mucosal microbiota in canine idiopathic inflammatory bowel disease, „Gut microbes” 8.5/2017, s. 451–466.
- Schmidt M. i in., The fecal microbiome and metabolome differs between dogs fed Bones and Raw Food (BARF) diets and dogs fed commercial diets, „PLoS One” 13.8/2018, s. e0201279.
- Kirchoff N.S., Udell M.A.R., Sharpton T.J., The gut microbiome correlates with conspecific aggression in a small population of rescued dogs (Canis familiaris), „PeerJ” 7/2019, s. e6103.
- Scarsella E. i in., Interplay between neuroendocrine biomarkers and gut microbiota in dogs supplemented with grape proanthocyanidins: results of dietary intervention study, „Animals” 10.3/2020, s. 531.
- Koren O. i in., Host remodeling of the gut microbiome and metabolic changes during pregnancy, „Cell” 150.3/2012, s. 470–480.
