Thách thức gấp đôi của nội độc tố và độc tố nấm mốc: Những gì nhà sản xuất heo cần biết

 

Những thách thức từ độc tố là một ví dụ quan trọng: Các nghiên cứu cho thấy chăn nuôi heo chuồng kín có mật độ động vật cao dẫn đến môi trường vệ sinh kém, có thể bị nhiễm vi khuẩn tạo ra nội độc tố (Casey et al., 2013; De  Rooija et al., 2019). Ngoài ra, phơi nhiễm với độc tố nấm mốc thông qua chất lượng thức ăn kém cũng là mối quan tâm đối với sức khỏe và năng suất của heo. Bài viết này khám phá lý do tại sao sự tương tác giữa độc tố nấm mốc và nội độc tố gây ra những rủi ro đáng kể cho các nhà sản xuất heo và các giải pháp giảm thiểu độc tố có thể hỗ trợ các chiến lược quản lý.

 

Hiểu được mối đe dọa: sự tương tác giữa độc tố nấm mốc và nội độc tố

 

Độc tố nấm mốc là chất chuyển hóa thứ cấp của nấm, thường gây ô nhiễm hàng hóa nông nghiệp. Nội độc tố là một thành phần chính của màng ngoài vi khuẩn Gram âm, được giải phóng vào môi trường, hoặc vào đường tiêu hóa (GIT). Những hợp chất có trọng lượng phân tử thấp này là xenobiotics và độc hại đối với động vật. Tương ứng, chúng gây ra các bệnh được gọi là mycotoxicosis và endotoxemia (Bennett, 1987; Hamill & Maki, 1986).

 

Không phải lúc nào cũng dễ dàng chẩn đoán nhiễm độc nấm ở động vật do các triệu chứng đa dạng không đặc hiệu. Độc tố nấm mốc tác động tiêu cực đến GIT, gây ra tổn thương các mô dẫn đến rối loạn tiêu hóa, ức chế miễn dịch, chức năng rào cản bị suy giảm, và do đó, giảm năng suất (Bennett và Klich, 2003). Trong số các độc tố nấm phổ biến nhất, deoxynivalenol (DON) và fumonisin B₁ (FB₁) đã chỉ ra để thay đổi chức năng hấp thụ của ruột bằng cách gây ra những thay đổi trong hình thái microvilli biểu mô và tính toàn vẹn hàng rào. Những thay đổi này có thể bao gồm giảm chiều cao microvilli,  làm tan chảy microvilli và teo mô (Bracarense et al., 2012). Hơn nữa, độc tố nấm mốc ẩn mặt đặt ra các mối đe dọa tiềm ẩn đối với sức khỏe động vật và năng suất: do sự hiện diện của chúng dưới các dạng liên kết trong ngũ cốc và các phụ phẩm, chúng không được phát hiện bằng các công nghệ thông thường (Berthiller và cộng sự, 2013). Việc giải phóng độc tố nấm mốc ẩn mặt trong quá trình tiêu hóa trong GIT có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc hiểu được tác động của hàm lượng độc tố nấm mốc thấp ở heo và các động vật khác.

 

Nội độc tố, còn được gọi là lipopolysaccharides (LPS), làm giảm năng suất tăng trưởng và hiệu quả chuyển hóa thức ăn bằng một cách khác. Khi có mặt trong máu, chúng gây ra phản ứng miễn dịch cao, gây ra việc sử dụng một lượng lớn năng lượng. (Li et al., 2015) Quá trình Oxy hóa stress, sốc nhiễm trùng, và thậm chí tử vong là hậu quả của nội độc tố máu tăng cao (Huang, 2017). LPS được neo vào màng tế bào vi khuẩn bởi một trong ba thành phần của chúng: lipid A. khi LPS được giải phóng, thụ thể giống như protein tế bào chủ 4 (TLR4) được báo hiệu bởi lipid A, bắt đầu phản ứng miễn dịch dịch thể (Raetz & Whitfield, 2002). Viêm và sốt là những yếu tố quan trọng có thể chỉ ra nội độc tố xâm nhập vào máu. Sốc nhiễm trùng thỉnh thoảng có thể theo dõi và là một nhiễm trùng vi sinh vật gây sốt với hạ huyết áp đồng thời, thiếu oxy và đông máu nội mạch (Hamill & Maki, 1986; Raetz & Whitfield, 2002; Hotchkiss et al., 2016).

 

Tác động của độc tố nấm và nội độc tố trong GIT

 

GIT là rào cản sinh lý quan trọng đầu tiên để ngăn chặn các chất có hại – bao gồm kháng nguyên ngoại lai, vi khuẩn và nội độc tố vi khuẩn – đi vào sinh vật heo (Bouhet & Oswald, 2005; Oswald, 2006). Trong một số trường hợp, sự hiện diện của độc tố nấm mốc và nội độc tố vi khuẩn có thể dẫn đến một tương tác phụ hoặc hiệp đồng. Sự hiện diện của DON hoặc FB₁ (hoặc cả hai) làm suy yếu các protein tạo thành các mối nối chặt chẽ như caudins và ZO-1. Điều này dẫn đến tăng tính thấm thụ động của ruột, và do đó cao hơn độc tố nấm mốc, nội độc tố và vi khuẩn chuyển vị trí qua ruột. Sự gia tăng nội độc tố và trong vi khuẩn đi qua các tế bào biểu mô ruột có ý nghĩa lớn đối với sức khỏe heo: viêm và nhiễm trùng ruột như là kết quả của quá trình này (Bouhet et al., 2004; Pinton et al., 2014). Độc tố nấm mốc cũng có thể điều chỉnh thành phần hệ vi sinh vật ruột bằng cách tăng quần thể mầm bệnh, chủ yếu là vi khuẩn Gram âm (Galaraza et al., 2016; Liew & Mohd-Redzwan, 2018). Điều chỉnh này cũng làm tăng nguy cơ nhiễm nội độc tố cho động vật chủ.

 

Tác động của độc tố nấm mốc và nội độc tố đến đáp ứng miễn dịch ở lợn

 

Bên cạnh việc tăng sự chuyển vị trí của vi khuẩn, nội độc tố và điều chỉnh hệ vi sinh vật ruột, độc tố nấm cũng có thể làm giảm đáp ứng miễn dịch và tăng cường tính nhạy cảm với các bệnh truyền nhiễm.

 

Các nghiên cứu đã tìm thấy aflatoxin (AF) hoạt động chủ yếu trên khả năng đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào và chức năng tế bào thực bào. Khi heo nái ăn phải, AF có thể ảnh hưởng tiêu cực đến con cái. Hệ thống miễn dịch của heo con đang bú sữa mẹ sẽ bị ảnh hưởng khi lợn nái tiếp xúc với hỗn hợp AFB₁ (400 ppb) và AFG₁ (400 ppb) trong thời kỳ mang thai và cho con bú (Silvotti et al., 1997). Sự gia tăng tế bào lympho máu và chức năng bạch cầu trung tính, bao gồm cả vận động và hóa học, đã bị ức chế trong lợn con từ lợn nái điều trị aflatoxin. Trong một nghiên cứu khác, trọng lượng tuyến ức giảm và tế bào lympho vỏ não thymic đã cạn kiệt trong heo con từ lợn nái tiếp xúc với mycotoxin (Mocchegiani et al., 1998). Các con đường viêm trong ruột cũng bị ảnh hưởng bởi ochratoxin A, làm giảm đáng kể các cytokine liên quan đến viêm trong ruột lợn con tiếp xúc với độc tố (Marin et al., 2017).

 

Độc tính Fumonisin bắt nguồn từ sự ức chế chuyển hóa sphingolipid, góp phần làm giảm khả năng miễn dịch (Bondy & Pestka, 2000). Sự ức chế các tế bào Lympho sinh sản và các chuẩn độ kháng thể thấp đối với virus gây bệnh giả dại đã được tìm thấy ở lợn sau 14 ngày tiêu thụ thức ăn có chứa 33 ppm hoặc 100 ppm FB₁ (Osweiler et al., 1993; Harvey et al., 1996). Ăn FB₁ cũng liên quan đến biểu hiện giảm cytokine IL-8 (Bouhet et al., 2006), có liên quan đến việc bổ sung các tế bào viêm trong ruột trong quá trình nhiễm trùng (Hoch et al., 1996; Zachrisson et al., 2001; Maheshwari và cộng sự, 2004). Do đó, sự phơi nhiễm của heo con với FB1 – với nhiễm E. coli một phần do sự giảm IL-8 ở ruột (Oswald et al., 2003).  Tuy nhiên, FB₁ cũng làm suy yếu các protein miễn dịch khác như IL-12p40 và MHC-II, làm giảm chức năng của các tế bào trình diện kháng nguyên đường ruột.  Điều này cũng đóng một vai trò quan trọng trong khả năng nhạy cảm với bệnh tật cao hơn (Devriendt et al., 2009) .

 

Trichothecenes loại A, B và D có thể kích thích và ức chế chức năng miễn dịch bằng cách loại bỏ sản xuất cytokine và bằng cách gây ra chết tế bào có lập trình. Sự chuyển đổi giữa hai hiệu ứng này xảy ra với nồng độ tăng trichothecenes. Tiếp xúc trichothecene trong ống nghiệm làm suy yếu hoặc tăng sinh tế bào lympho do mitogen gây ra, tùy thuộc vào liều lượng. Thứ tự cấp bậc tiềm năng giữa các lớp trichothecene để ức chế tăng sinh tế bào lympho trong phòng thí nghiệm là: nhóm macrocyclic loại D (ví dụ: roridins và verrucarins) > nhóm loại A (ví dụ: độc tố T-2 và diacetoxyscirpenol) > nhóm B (ví dụ: DON và nivalenol) (Bondy & Pestka, 2000). Trong một mô hình nuôi cấy mô heo, DON đã gây ra khả năng đáp ứng miễn dịch bẩm sinh cũng như miễn dịch thu được (Cano et al., 2013). Trong cơ thể, tiếp xúc với DON gây ra phản ứng tiền viêm với sự gia tăng đáng kể biểu hiện của TNFα, IL-1α, IL-1β và IL-8 trong ruột heo. Sự hiện diện của những thách thức khác (S. typhimurium trong lòng ruột, DON gây tăng phản ứng viêm, cp. Vandenbroucke et al., 2011) dẫn đến sự tương tác bất lợi cho sức khỏe và năng suất của heo. Trichothecenes gây độc đối với đại thực bào (Gerberick & Sorenson, 1983) và các tế bào miễn dịch khác. Đặc biệt DON đã được báo cáo là làm giảm IgM và IgG ở mức 2 ppm (Forsell et al., 1986), một cơ chế chiếm một phần về tác dụng ức chế miễn dịch của nó.

 

Như chúng ta đã thấy, nội độc tố là những phần độc hại của thành tế bào của cả vi khuẩn Gram âm gây bệnh và không gây bệnh (Westphal và Luderitz, 1961). Chúng có thể gây ra phản ứng viêm toàn thân ở động vật (Alexander, 2001). Nội độc tố tác động đến hệ miễn dịch của heo điểm mấu chốt là việc kích hoạt yếu tố hạt nhân kappa B (NF-  k B), một yếu tố phiên mã, thông qua con đường TLR4 (M  ü  ller et al., 1993). Heo tiếp xúc với nội độc tố có số lượng bạch cầu trung tính và tế bào lympho lưu thông cao hơn, nồng độ IgG và IgE, interferon-gamma (sản phẩm IFN g ) và IL-4 (Roque et al., 2018). Tiếp xúc liên tục với nội độc tố có thể làm thay đổi hồ sơ miễn dịch của heo (Bảng 1, Liu et al., 2003), làm lệch nguồn dinh dưỡng để tạo ra phản ứng và do đó cản trở năng suất.

 

Những yếu tố nào làm tăng tính nhạy cảm với độc tố nấm mốc và nội độc tố?

 

Trong sản xuất heo, các yếu tố stress (stress nhiệt, thay đổi thức ăn, mật độ đàn, v.v.) có thể ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của ruột và gây rò rỉ ruột, do đó làm tăng tính thấm nội độc tố và độc tố nấm mốc. Một nghiên cứu cho thấy mức độ nội độc tố trong huyết tương tăng đáng kể ở heo bị stress nhiệt so với những con ở nhiệt độ phù hợp, trong khi TER không tràng giảm. (Pearce và cộng sự, 2013). Điều này có thể dẫn đến tăng khả năng viêm nhiễm, góp phần làm giảm năng suất lợn trong những tháng mùa hè ấm áp.

 

Cai sữa là một giai đoạn quan trọng trong sự phát triển của heo. Việc rút kháng thể từ sữa, sự thay đổi thức ăn, và việc stress khi ghép đàn làm tăng E. coli gây bệnh. Nhiễm trùng có thể lây truyền trực tiếp từ heo già, bị ảnh hưởng hoặc phục hồi qua tiếp xúc phân. Vi khuẩn cũng có thể lây lan qua quần áo, xe cộ hoặc giày dép bị nhiễm phân bị nhiễm bệnh (Rooija et al., 2019).  Nội độc tố liên tục bài thải trong quá trình phát triển của vi khuẩn, dẫn đến tình trạng độc hại vừa phải và đôi khi nghiêm trọng sau khi giải phóng nội độc tố trong quá trình tăng trưởng theo cấp số nhân. Tăng cường cai sữa sớm nhạy cảm với nội độc tố. Tác dụng hiệp đồng của độc tố vi khuẩn (nội độc tố và ngoại độc tố) cũng có thể xảy ra, gây tiêu chảy sau cai sữa. Hơn nữa, trichothecenes đã được tìm thấy làm tăng tính thấm của thành mạch máu và biểu mô niêm mạc ruột. Qua đó, chúng gây rò rỉ huyết tương vào lòng ruột, cuối cùng dẫn đến tiêu chảy (Matsuoka & Kubota, 1981). Nói chung, độc tố nấm mốc và nội độc tố, là các mối đe dọa chính đối với sức khỏe của heo, phúc lợi và năng suất (Bảng 2, Liu et al., 2003; Hình 1, Pastorelli et al., 2012).

 

Làm thế nào để giảm thiểu tác dụng phụ của độc tố nấm mốc và nội độc tố ở lợn

 

Các giải pháp khác nhau hiện đang được áp dụng để giảm thiểu rủi ro độc tố trong chăn nuôi động vật. Một số tập trung vào việc hấp phụ độc tố nấm mốc trong quá trình đi qua đường tiêu hóa, dẫn đến sự bài tiết các độc tố trong phân (Kolosova và Stroka, 2011). Một số hợp chất được biết đến với khả năng giảm thiểu tác dụng phụ của độc tố nấm mốc cũng đã được thử nghiệm để hấp phụ nội độc tố. Kết quả chỉ ra rằng, các sản phẩm giảm thiểu độc tố cụ thể cung cấp một giải pháp thiết thực và kinh tế để giảm bớt những thách thức gây ra bởi cả tiếp xúc với nội độc tố và độc tố nấm mốc ở động vật. Ví dụ, Mastersorb Gold (MSG, EW Nutrition GmbH) gần đây đã cho thấy hiệu quả trong việc giảm tác động của độc tố nấm mốc trong thức ăn gây ra (Janječić et al., 2020). Các phân tích lặp đi lặp lại của MSG trong phòng thí nghiệm đã chứng minh khả năng giảm thiểu cao của nó đối với cả độc tố nấm mốc và nội độc tố nấm mốc. Kết quả thu được từ các phòng thí nghiệm độc lập cho thấy MSG có thể liên kết hiệu quả LPS theo cách phụ thuộc vào liều (Hình 3).

 

Liên kết nội độc tố trong lòng ruột có thể làm giảm tác động của các phân tử này và khả năng xâm nhập vào máu của chúng (Ditter et al., 1983). Tuy nhiên, việc bắt giữ các nội độc tố của các sản phẩm thương mại vẫn chưa được nghiên cứu rộng rãi. Đánh giá khả năng bắt giữ các chất trong điều kiện in vitro cung cấp một điểm sàng lọc và hiểu biết sâu hơn về cơ chế hoạt động (Schaumberger et al., 2014). Trong một nghiên cứu nội bộ tại trung tâm nghiên cứu của EW Nutrition ở Nhật Bản, phân tích cũng chỉ ra khả năng bắt giữ cao của MSG đối với các nồng độ khác nhau nội độc tố (Bảng 3).

 

Hơn nữa, MSG cũng đã được thử nghiệm trong một mô hình tế bào sử dụng các tế bào biểu mô lợn ruột từ hổng tràng (IPEC-J2) và thử thách LPS là 20µg/ml. Thí nghiệm xác nhận rằng MSG là vô hại đối với dòng tế bào và chứng minh tác dụng có lợi mà MSG có khả năng tác dụng ở đường ruột với sự hiện diện của thử thách. Nó giảm thiểu ảnh hưởng tác động của LPS, giảm viêm nhiễm, bằng chứng là miễn dịch huỳnh quang của nồng độ NF-kB và IL-8 thấp hơn trong các nhóm MSG + nội độc tố (Hình 2).

 

Giải quyết các thách thức độc tố, bảo toàn năng suất của heo

 

Giảm các yếu tố gây viêm như nội độc tố làm tăng sức khỏe, năng suất và phúc lợi của vật nuôi – và giúp đảm bảo rằng các chất dinh dưỡng được sử dụng để tăng trưởng và sản xuất thay vì sử dụng cho đáp ứng miễn dịch.

 

Độc tố nấm mốc và nội độc tố gây ra các rối loạn sức khỏe và năng suất đáng kể trong sản xuất heo thương mại: giảm lượng thức ăn ăn vào trung bình hàng ngày và tăng trọng hàng ngày, làm cản trở quá trình tiêu hóa và trao đổi chất của vật nuôi. Là một phần của chiến lược quản lý rủi ro độc tố hiệu quả, các giải pháp giảm thiểu độc tố như Mastersorb ® Gold có sẵn trên thị trường và có thể được đánh giá, áp dụng bởi các nhà chăn nuôi heo. Hiệu quả đã được chứng minh của MSG tăng cường các thông số năng suất và tình trạng sức khỏe của heo, do đó giúp các nhà sản xuất bù lại những tổn thất kinh tế liên quan đến thách thức kép do độc tố nấm mốc và nội độc tố gây ra (Hình 3) .

 

Số liệu và bảng

 

Hình 1: Tác động của những thách thức phổ biến đến hiệu quả thức ăn và lượng thức ăn ăn vào (Pastorelli et al., 2012).

 

Hình 2: Miễn dịch huỳnh quang trong IPEC-J2: Đối chứng âm (trái): không có thách thức, không chứa nội độc tố (LPS) cũng không có MSG. Thách thức với nội độc tố (20µg LPS/mL, serotype O111: B4 từ E. coli) mà không có (ở giữa) và với MSG (phải).

 

Hình 3: Định lượng nội độc tố trong các đơn vị quốc tế (UI) trên mỗi ml dung dịch với các tỷ lệ khác nhau của MSG và 34800 IU/ml (≈10µg/ml) của nội độc tố (Trung tâm nghiên cứu thực phẩm và dinh dưỡng – CREA & Charles River).

 

 

Bảng 1: Lipopolysaccharide (LPS) thách thức đối với interleukin-1β huyết tương (IL-1β), prostaglandin E2 (PGE2), cortisol và yếu tố tăng trưởng giống insulin (IGF) -I sau thử thách LPS đầu tiên hoặc thứ hai ở lợn cai sữa (Liu et al., 2003).

 

		Không LPS	+ LPS
IL-1β (pg/mL)	Ngày 14	32	114
	Ngày 21	31	84
PGE2 (pg/mL)	Ngày 14	490	1,285
	Ngày 21	396	491
Cortisol  (ng/ml)	Ngày 14	55	206
	Ngày 21	53	205
IGF-I (ng/mL)	Ngày 14	182	101
	Ngày 21	209	132

Lipopolysaccharide được tiêm vào ngày d 14 và 21. Giá trị là phương tiện cho sáu bút/điều trị bằng một con lợn /bút.

 

Bảng 2: Thử thách nội độc tố (LPS) trên năng suất của heo cai sữa (14 đến 28 d) (Liu et al., 2003).

 

		Không LPS	+ LPS
Tăng trung bình hàng ngày  (g)	Ngày 14 – 21	571	468
	Ngày 21 – 28	637	583
Lượng thức ăn trung bình hàng ngày  (g)	Ngày 14 – 21	891	719
	Ngày 21 – 28	1034	957

Lipopolysaccharide được tiêm vào ngày d 14 và 21. Giá trị là trung bình cho sáu chuồng/ô điều trị với ba heo/ô chuồng.

 

Bảng 3: Tỷ lệ hấp phụ nội độc tố (LPS) của Mastersorb ® Gold đối với nồng độ endotoxin khác nhau (Nhật Bản, 2015).

Kết hợp mẫu thử	Mastersorb® Gold 10 mg	Mastersorb® Gold 10 mg	Mastersorb® Gold 10 mg
	E. coli LPS 1000  g g	E. coli LPS 500  µ g	E. coli LPS 300  µ g
Tỷ lệ hấp phụ (%)	32.2%	75.3%	99.2%

Nguồn: tạp chí Chăn Nuôi

Si-Trung Tran*, Giám đốc kỹ thuật khu vực chương trình TRM, và

Fellipe Freitas Barbosa, Trưởng nhóm Quản lý kỹ thuật Heo toàn cầu

EW Nutrition GmbH, Visek, Germany

* Tác giả tương ứng, sitrung.tran@ew-nutrition.com