Endotoksinler Hakkında Bilinmesi Gerekenler

Endotoksinler Hakkında Bilinmesi Gerekenler(*)

Dr. Kaya DEMİRÖZÜ
Kanatlı Sağlığı ve Hastalıkları Uzmanı

Bakteriyel endotoksinler, kanatlı hayvanların bağışıklık sistemini ve bağırsak sağlığını tehdit ederek sağlığı refahı ve performansı olumsuz etkiler. 

Etkin endotoksin yönetimi, kümes hayvanı üreticileri için çok önemli bir konudur. Hayvanlarının sağlığını ve üretkenliğini korumalarına olanak tanır. Kümes hayvanları için endotoksin yönetimi hayvanlarının bağışıklık sistemi ve bağırsak sağlığı üzerindeki sonuçlarını açıklamak için lipopoli sakkaritin (LPS) yapısı ve etki şeklini kısaca göz atmak yararlı olacaktır.

Kümes hayvanı üretiminde endotoksinler neden önemlidir?

Bağırsak mikrobiyomu, bir hayvanın immun sağlığı ve metabolizmasının merkezinde yer alır. Diğerlerinin yanı sıra, farklı çevresel ve stres faktörleri, yem bileşenleri ve değişiklikleri, yem kaynaklı mikotoksinler ve antibiyotik kullanımı mikrobiyomun hassas dengesini etkiler. Mikrobiyota değiştiğinde, Gram negatif bakteriler (GNB) çoğalır ve ölür. Sonuç olarak, daha yüksek miktarda lipopolisakkarit (LPS)  endotoksinler olarak da bilinir  bağırsak lümenine salınır. Bu da endotoksemi olarak karşımıza çıkar. Endotokseminin kümes hayvanları üzerindeki etkileri, düşük performanstan septik şok ve ölüme kadar uzanmaktadır.

Buna paralel olarak, GNB’nin çoğalmasına neden olan rahatsızlıklarda bağırsak bariyerinin işlevini azaltır; dolayısıyla endotoksinler kan dolaşımına geçebilir. Daha sonra maliyetli bağışıklık reaksiyonlarına neden olurlar: Hayvanın besin kaynakları bağışıklık sistemini etkileyerek, yem tüketimi azalır, performans düşer ve refah bozulur.

Endotoksinler nedir ve yapıları?

Bakteriyel lipopolisakkaritler (LPS), tüm GNB’lerin dış zarının ana bileşenlerini oluşturur ve hayatta kalmaları için gereklidir. LPS, bakterin çevresi ile doğrudan temas halindedir. Konakçının immünolojik tepkisine ve safra tuzları, lizozimler veya diğer antimikrobiyal ajanlardan gelen kimyasal sal dırılara karşı bir koruma mekanizması olarak işlev görürler.

3 yapı LPS’yi tanımlar:

1. Oantijen,

2. Çekirdek bölgesi

3. Lipid A.

Her yapı, GNB’nin savunması veya LPS’nin toksisitesi için önemli bir rol oynar (Şekil 1).

Şekil 1:

Bakteriyel lipopolisakkaritlerin yapısı.

Kanatlı hayvanlarda endotoksinler immun yanıtı nasıl tetikliyor?

LPS, esas olarak GNB hücre ölümü ve parçalanması üzerine ve aynı zamanda üreme ve büyüme aşamalarında salınır. Bağırsakta bulunan LPS, bağırsak epitelinde (işlevsiz bir bariyerle güçlendirilmiş) parasellüler taşıma ve ayrıca hücre içi taşıma yoluyla dolaşıma girer. LPS kan dolaşımına girdikten sonra iltihaplanma ve ateşe neden olurlar, ardından şoka ve ölüme yol açar. Bu enflamatuar yanıtların aktivasyonuna LPS’yi tanıyan bağışıklık reseptörleri olan toll benzeri (almaç) reseptör 4 (TRL4) tarafından aracılık edilen yüksek sitokin seviyelerini gerektirir.

LPS bağlayıcı proteinler (LBP) ve farklılaşma kümesi proteinleri (CD14) endotoksinleri ilk tanıyanlardır; daha sonra hücre yüzeyinde TLR4’ü etkinleştirirler. LPS’nin TLR4 tarafından tanınması bir kofaktör gerektirir: miyeloid farklılaşma faktörü 2 (MD2). Hücrenin içine bir sinyal ile proinflamatuar sitokinlerin üretimini tetikler. Şekil 2 ve 3, proteinleri ve ilgili süreçleri daha ayrıntılı olarak açıklamaktadır.

Şekil 2: Hücresel düzeyde LPS tanıma ve ilk reaksiyonda yer alan proteinler.

Şekil 3:  LPS’nin bağışıklık tepkisini nasıl tetiklenir (basitleştirilmiş).

1. LBP, LPS ile yüksek afiniteli bir kompleks oluşturur ve bunu CD14’e iletir. LBP, bağışıklık sistemini endotoksinin varlığı konusunda uyarır ve aynı zamanda onu etkisiz hale getirir. Yüksek LBP konsantrasyonları endotoksin aktivitesini azaltır ve septik şoka karşı korur.

2. LPS / CD14 etkileşimi MD2 tarafından tanınır ve LPS için sensör olan TLR4’ü uyarır.

3. MD2’ye LPS bağlanması, TLR4MD2LPS kompleksinin 2 kopyasından oluşan bir multimer oluşumunu indükler.

4. TLR4’teki değişiklikler, hücre içi sinyalleşmeyi başlatmak için gerekli olan, toll / IL1 reseptör (TIR) ​​alanını içeren hücre içi adaptör protein lerinin görevlendirilmesini indükler. Bu da, enflamasyon sinyal yolunu etkinleştirir.

5. TIR reseptör alanını içeren adaptör (TIRAP), bir hücre içi sinyalleşme alanı, TLR4 ve sonraki sinyal molekülü MyD88 arasındaki etkileşimlere aracılık eder.

6. Miyeloid Farklılaşma ilk Yanıt Geni 88 (MyD88), hücrenin dışından sinyalleri alan proteinleri hücre içindeki sinyalleri ileten proteinlere bağlayan bir bağlayıcı proteindir. NFκB yolunu açan proteinleri aktive eder.

7. Aktif B hücrelerinin Nükleer faktör kappahafif zincirgüçlendiricisi(NFkB) inaktive edilmiş formunda hücrelerde bulunan bir protein kompleksidir. Zararlı uyaranlar durumunda ilk müdahale olarak davranır, DNA’nın transkripsiyonunu, sitokin üretimini ve hücrenin hayatta kalmasını kontrol eder.

8. TNF, IL1, IL6 ve IL8, prostaglandinlerin ve lökotrienlerin salınmasını uyaran proinflamatuar sitokinlerdir. Bu daha sonra iltihaplanmaya ve muhtemelen endotokseminin ana semptomları olan septik şoka yol açar.

Özetle, LPS kan dolaşımına geçtiğinde, ateşe, daha düşük yem tükediminde düşüşe ve bazen de septisemiye yol açan bir immun tepkiyi tetikler. Yüksek bağışıklık tepkisini sürdürmek için enerji yönlendirilir. Bu nedenle, endotoksinler büyüme performansını ve yem verimliliğini düşürür. LPS ayrıca ısı stresi ve oksidatif stres gibi hayvan sağlığını etkileyen çeşitli hastalıkları veya bozuklukları tetikler veya şiddetlendirir. Bunlar karaciğer, bursa ve bağırsakta ve ayrıca üreme sisteminde immun patolojik değişikliklere aracılık eder.

Endotoksin toleransı

LPS’ye tekrar tekrar maruz kalma, Gram negatif patojenlere karşı bağışıklık toleransına neden olur. Bunun nedeni, aşırı iltihaplanmadan kaynaklanan doku hasarını önlemek için antienflamatuar sitokinlerin salınma sıdır. Endotoksin toleransına bağlı immünosupresyon, ikincil enfeksiyon riskinde artışa ve düşük aşılama titrelerine neden olabilir. Gram negatif patojenlere ve daha fazla bakteri baskısına sık sık maruz kalma, toleransın daha hızlı kazanılmasına neden olur. Sürekli stresli durumlarda kümes hayvanları, özellikle endotoksin toleransı ve ilişkili hastalıklar geliştirme riski altındadır.

Endotoksinlerin kümes hayvanlarında bağırsak sağlığına etkisi

Gastrointestinal sistem ve mukozası, çeşitli immüno düzenleyici mekanizmaların aynı anda vücudu zararlı ajanlardan koruduğu en büyük bağışıklık organıdır. Bağırsak, nekrotik enteritise neden olabilen Clostridium perfringens, mantar, protozoa ve bağırsak duvarlarını kaplayan virüsler dahil olmak üzere çeşitli mikroorganizma topluluğuna ev sahipliği yapar. Gram negatif bakteriler, kümes hayvanlarının mikrobiyotasının bir parçasıdır; bu nedenle bağırsakta her zaman LPS vardır.

Eubiosisde hayvanları olumsuz etkilemez çünkü bağırsak epitel hücreleri ikincil uyarıldığında LPS’ye zayıf bir şekilde yanıt verir. Bununla birlikte, LPS, bazolateral zar içinde mevcut olduğunda ve inflamatuar sitokinler yukarı regüle edildiğinde, LBP’nin bağırsak lümenine salgılanmasını uyarırlar. Daha sonra, TLR4 ve MD2 bağırsak hücrelerinin apikal tarafında ifade edilir, bağışıklık tepkisi başlar ve epitel yapısında ve işlevselliğinde değişiklikler meydana gelir.

LPS, dar (sıkı)kavşakları etkiler

Sıkı bağlantılar, bağırsak epitelinin seçici bariyer işlevinin merke zinde yer alır (Şekil 4). Bitişik epitel hücreleri arasındaki parahücresel boşluğu kapatan proteinlerden oluşurlar. Bu dinamik yapılar, bağırsak ortamı ve onu etkileyen faktörlerle (yem, besinler, bakteriler ve toksinler dahil) etkileşir ve bunlara yanıt verir.

Şekil 4:  Bağırsak bariyer öğeleri.

LPS ile tetiklenebilen proinflamatuar sitokinlerin artan ekspresyonu ve dolaşımı, sıkı bağlantı proteinlerinin ekspresyonunu olumsuz yönde etkiler. Böylece, bağırsak bariyer işlevini tehlikeye atılırr, bağırsak geçirgenliğini artırır ve hayvanları hastalığa yatkın hale getirir.

Endotoksinler oksidatif stresi artırır

LPS baskıları ayrıca bağırsak bariyer işlevini bozan oksidatif strese neden olur. Ana oksidatif bozulma ürünü olan malondialdehit (MDA) seviyeleri artarken, antioksidan enzimlerin hücresel ekspresyonu ve bağırsak mukozasındaki toplam antioksidan kapasite azalır.

Endotoksinler bağırsak bütünlüğünü tehlikeye atar ve apoptosisi tetikler

LPS baskısı, villus yüksekliğindeki ve villus yüksekliği / kript derinlik oranındaki düşüşlerin broilerlerde bağırsak morfolojisini ciddi şekilde bozabilir. Villus uzunluğu besin emilimi için gereklidir.   Villus yüksekliği / kript derinliği oranı, dokunun dönüşümünü ve bağırsak bariyerinin sindirim ve emilim gibi çeşitli işlevleri yerine getirme kapasitesini gösterir.

Sonuç olarak: LPS bağırsak sağlığını tehlikeye atabilir

LPS’nin ateşe ve daha düşük yem tüketimine neden olan ve büyüme performansını ve FCR düşüren bir bağışıklık tepkisini nasıl başlattığını özetlendi. Bunun nedeni, hayvanın yüksek tepkisini desteklemek için enerjiyi bağışıklık sistemine yönlendirmesi gerektiğidir. Endotoksinlere tekrar tekrar maruz kalma, büyük olasılıkla strese bağlı olarak, bağışıklık tepkisini bastırabilir ve bu da kümes hayvanlarını hastalığa daha duyarlı hale getirir.

Ayrıca, iltihaplanma tepkisi daha düşük bariyer işlevi, oksidatif stres ve bağırsak hücrelerinin apoptosisine yol açtığı için LPS çeşitli bağırsak işlevlerine zarar verebilir. Bu faktörler performansı düşürür ve hayvanları şiddetli patojenlere ve ikincil enfeksiyonlara karşı daha savunmasız kılar.

(*): Guillermo Gaona and Marisabel Caballero; What poultry producers should know about endotoxins (özetlenerek çeviri)

Önerilen Kaynaklar

1. Demirözü, K.(2004): Temel İmmunoloji. ISBN 975 00566-0-4, İstanbul. 2. Baskı 2005 yapıldı. 
2. Demirözü, K.(2005): Broiler Piliçlerde Kimi Barsak Sorunları. Topkim Teknik Bülten, THS 05.09/10KD.
3. Demirözü, K.(2005): Çağdaş Hayvan Üretiminde Bilinçli Beslenmede Doğal Alternatifler. Çiftlik Dergisi Röpotaj.
4. Demirözü, K.(2010): Bilinçli Beslenmede Doğal Destek Ürünler. Çiftlik Dergisi 311,58-63 
5. Demirözü, K.(2011): Broiler Piliçlerde Kimi Bağırsak Sorunları I, Çiftlik Dergisi Mart -2010 313 (52-53) 
6. Çiftlik Demirözü, K.(2011): Broiler Piliçlerde Kimi Bağırsak Sorunları II, Dergisi Nisan- 2011,326 (38-39). 
7. Demirözü, K.(2013):Yumurtacı Sürülerde Enteropatojenlerle Baş Etmek Mümkün mü?https://www.ciftlikdergisi.com.tr/?p=37426, 11.02.2013 Çiftlik Dergisi(2013) 349(40-42) yayınlandı. 
8. Demirözü,K.(2018): Bağırsak Sağlığında Fırsatlar Ve Sorunlar (Çeviri). 17.09.2018 tarihinde yayınlandı.  https://www.ciftlikdergisi.com.tr/?p=129495
9. Demirözü, K. (2019) : Öbiyotikler Ve Yeni Bir Bağırsak Sağlığı Paradigması Gereksinimi-Çeviri- https://www.ciftlikdergisi.com.tr/obiyotikler-ve-yeni-bir-bagirsak-sagligi-paradigmasi-gereksinimi.html 05.10.2019 yayınlandı
10. Demirözü, K.(2020): Kanatlılarda Bağırsak Sağlığı Nasıl Korunur? https://www.ciftlikdergisi.com.tr/kanatlilarda-bagirsak-sagligi-nasil-korunur/   26.07.20020 tarihinde yayınlandı (Özetlenerek çeviri).

Demirözü,K.(2020): Kanatlılarda Bağırsak Sağlığının Önemi https://www.ciftlikdergisi.com.tr/kanatlilarda-bagirsak-sagliginin-onemi/ 24.08.2020 tarihinde yayınlandı.