Abstract

Zoonozele sunt boli infecțioase transmise direct sau indirect între animale și oameni. Mai mulți agenți patogeni zoonotici importanți colonizează animalele de fermă asimptomatic, ceea ce poate duce la contaminarea lanțului alimentar și la pericolele pentru sănătatea publică. Mai mult, eșantionarea de rutină a carcaselor la vânzare cu amănuntul de către autoritățile guvernamentale în ultimii 20 de ani sugerează că prevalența rezistenței la antibiotice în agenții patogeni de origine alimentară a crescut. Dacă acest lucru continuă, antibioticele pot fi ineficiente împotriva unor astfel de agenți patogeni în viitor și pot fi necesare abordări alternative, cum ar fi terapia cu fagi. Creșterea intensivă a animalelor este singura modalitate realistă de a satisface cererea de carne de la o populație globală în creștere și creșterea consumatorilor din clasa de mijloc din țările în curs de dezvoltare, în special din Asia. Această revizuire detaliază utilizarea fagilor pentru a controla agenții patogeni zoonotici la șeptelele crescute intens (păsări de curte și porci).

terapiei

fundal

Creșterea intensivă a păsărilor și a porcilor

Zoonoze bacteriene și animale crescute intens

Cei mai comuni agenți patogeni bacterieni zoonotici asociați cu păsările de curte și porcii sunt Salmonella spp., E coli, Campylobacter spp., Clostridium spp. și Listeria spp. [8, 9]. Cel mai recent raport al Autorității Europene pentru Siguranța Alimentară (EFSA) afirmă că acești agenți patogeni sunt adesea rezistenți la mai multe antibiotice [9, 10]. În UE, datele oficiale despre bacteriile zoonotice și indicatoare de la oameni, animale și alimente prezintă proporții ridicate (28,6% din mai mult de 8000) de oameni Salmonella izolatele au fost rezistente la trei sau mai multe antimicrobiene [10]. În plus, 34,9% din izolatele indicatorilor de E coli de la porcii care au îngrășat au fost multirezistenți [10]. Conducta pentru dezvoltarea de noi antibiotice pentru a contracara această rezistență este periculos de scăzută pentru noile molecule candidate [11] și sunt urgent necesare abordări alternative. O opțiune este utilizarea bacteriofagilor litici pentru combaterea bolilor bacteriene la animale [12]. O analiză sponsorizată de Departamentul Sănătății din Marea Britanie și de Wellcome Trust a raportat că, dintre primele 10 cele mai promițătoare alternative la antibiotice, trei s-au bazat pe utilizarea bacteriofagilor sau a componentelor acestora [13].

Bacteriofagii au fost descoperiți la începutul secolului al XX-lea de Twort (1915) și d’Herelle (1917) în timp ce lucrau independent în Marea Britanie și, respectiv, în Franța [14]. D’Herelle [15] a testat prima dată terapia cu fagi la animale, cu tratamentul cu succes al tifoidei de pasăre la găini (95-100% supraviețuirea păsărilor tratate cu fagi, comparativ cu 0-25% pentru martorii netratați). Pyle [16] a raportat utilizarea fagului pentru a trata găinile cu un sistemic Salmonella infecție cauzată de Salmonella enterica serotip Pullorum. În timp ce fagul a demonstrat bacterioliză marcată in vitro; atunci când sunt utilizate in vivo, nu au redus mortalitatea sau au prea mult efect terapeutic. După descoperirea antibioticelor în anii 1920, s-a făcut puțină muncă în Occident folosind fagii pentru tratarea infecțiilor cu animale, până la studiile de pionierat ale lui Williams Smith din anii 1980. Pentru o revizuire mai amplă a istoriei utilizării fagilor în agricultură și animale, consultați recenzia lui Sulakvelidze și Barrow [17]. Următoarele secțiuni rezumă rezultatele studiilor mai recente de terapie cu fagi la păsări și porci.

Textul principal

Salmoneloză

Salmonella este o țintă obișnuită pentru terapia cu fagi, deoarece provoacă boli la o gamă largă de animale endoterme, precum și la oameni și provoacă pierderi semnificative de producție la animale. niste Salmonella serotipuri (de ex. S. enterica serotipul Typhi) sunt cunoscute sub numele de „restricționat de gazdă” deoarece produc o boală severă, sistemică, asemănătoare tifoidului la o singură gazdă (sau un număr mic de gazde înrudite). Cu toate acestea, terapia cu fagi s-a concentrat în principal pe serotipurile „nelimitate de gazdă” (în principal Enteritidis și Typhimurium), care de obicei conduc la o infecție gastrointestinală mai puțin severă într-o gamă mult mai largă de specii și duc la majoritatea infecțiilor bacteriene de origine alimentară în țările dezvoltate [17]., 18].

Terapia cu fagi a fost utilizată pentru control Salmonella la puii cu diferite grade de succes. Sklar și colab. a folosit fagii într-un model de pui de pui pentru a demonstra că Salmonella colonizarea cecului ar putea fi redusă semnificativ cu aproape 1 log10 Unități de formare a coloniei (CFU)/g conținut intestinal pe parcursul a 14 zile prin administrarea unui cocktail de patru fagi în furaje (10 9 Unități de formare a plăcii (PFU)/g) [19] . În plus, tratamentul cu fagi pare să reducă semnele de infecție secundară la păsări, deoarece doar trei din 10 animale din grupul tratat cu fagi au prezentat inflamație ușoară pe sacii de aer, în timp ce 8 din 10 păsări din grupul de control netratat au prezentat semne de airsacculită. Fiorentin și colab. a demonstrat că o singură doză orală de trei fagi fiecare la 10 11 PFU ar putea reduce S. Colonizarea enteritidisă a puilor de pui broiler cu 3,5 log10 CFU/g în cecul de pui broiler atunci când este expus la pui semănători de 7 zile infectați cu 10 8 CFU de S. Enteritidis [20].

Atterbury și colab. [21] au selectat trei fagi litici (izolați din fermele de păsări și apele uzate din Marea Britanie) cu o gamă largă de gazde împotriva S. Enteritidis, S. Hadar și S. Tifimuriu. O suspensie de 9,0 log10 PFU a fiecărui fag a fost utilizată pentru a trata puii broiler Ross de 36 de zile care fuseseră infectați separat cu cele trei serotipuri diferite. Toți fagii testați s-au redus Salmonella colonizarea ceca, deși numai S. Enteritidis și S. Tifimuriul a fost redus semnificativ; cu aproximativ 2,19-2,52 log10 CFU/g comparativ cu controalele. Mutanții insensibili la bacteriofagi (BIM) au fost recuperați de la animalele tratate cu fagi. Cu toate acestea, acest fenotip rezistent la fagi nu a fost menținut in vitro după subcultivarea succesivă și nici in vivo când BIM-urile au fost introduse într-un nou grup de păsări în absența presiunii selective a fagului.

Lim și colab. a demonstrat cum fagii pot fi folosiți pentru a preveni infecția orizontală prin Salmonella Enteritidis într-un model comercial de semănătoare pentru pui [22]. Grupuri de pui de o zi au fost provocați cu 5 × 10 11 CFU de Salmonella Enteritidis și pentru următoarele 21 de zile au conviețuit cu pui de contact neinfectați în timp ce erau tratați în trei grupuri independente cu unul din cele trei titruri (10 5, 10 7 sau 10 9 PFU/g) de bacteriofag preparat ca aditiv pentru hrana animalelor. Toate tratamentele în mod semnificativ (P 8 PFU/ml/doză) prin pulverizare grosieră sau apă potabilă pe puii de 10 zile cu 24 de ore înainte de provocarea experimentală cu 9,6 × 105 CFU S. Enteritidis. Livrarea de fagi atât prin pulverizare grosieră, cât și apă potabilă a redus semnificativ media intestinală S. Enteritidis se numără până la 1,6 log10 CFU/mL .

Pe lângă aplicarea la păsări de curte, efectul cocktailurilor de fagi împotriva Salmonella la porci a fost, de asemenea, demonstrat. Wall și colab. [25] s-a administrat 5 × 10 9 CFU de S. Typhimurium γ4232 și, simultan, margele de alginat microîncapsulate care conțin 5 × 10 9 PFU de 16 fagi amestecați ca cocktail, la porci în vârstă de 3 până la 4 săptămâni prin gavaj. Autorii au raportat o reducere de 2 până la 3 log10 CFU/g în Salmonella contează în ileon, cec și amigdalele. Într-un design experimental diferit, porcii cu greutate pe piață au fost provocați cu 5 × 10 9 CFU S. Tifimuriu pe cale orală și apoi tratat cu 10 10 PFU de cocktail de fagi microîncapsulat 48 ore mai târziu (administrat oral de trei ori, cu un interval de 2 ore între doze) urmat de apariția Salmonella-porci însămânțători infectați. Salmonella numărul mediu de ceci la porcii tratați cu fagi a fost semnificativ redus cu 1,4 log10 CFU/ml comparativ cu martorii netratați.

Saez și colab. [26] a administrat un cocktail bacteriofag ca aditiv furajer microîncapsulat și a demonstrat că poate fi un mod eficient și practic de reducere Salmonella colonizarea și vărsarea la porci. Proiectul experimental a cuprins 21 de porci separați aleatoriu în trei grupe. Grupului 1 i s-a administrat un aditiv furajer care conține un cocktail de fagi microîncapsulat (5 × 10 11 PFU pe zi) timp de 5 zile înainte de a fi provocat oral cu 5 ml de 10 9 CFU/ml Salmonella Tifimuriu. Grupului 2 i s-au administrat 60 ml de cocktail de fagi (5 × 10 11 PFU) la fiecare 2 ore după provocare, în total 6 ore. Grupul 3 nu a primit tratament pentru fagi și toate grupurile au fost provocate oral în a cincea zi cu 5 ml de 10 9 CFU/ml S. Suspensie bacteriană Typhimurium. Rezultatele au arătat o scădere mai mică a fecalelor S. Tifimuriu la 2 ore după provocare (grup 1 = 38,1%, grup 2 = 71,4%, grup 3 = 71,4%, P 9 PFU/ml până la sfârșitul studiului (15 zile) și în ziua 7 au fost provocate cu 10 ml de S. Typhimurium (ATCC140828) la 10 8 CFU/mL. Nu Salmonella vărsarea a fost detectată în probele fecale la 7 zile după infecție în grupul tratat cu fag comparativ cu o colonizare medie de 1,0 log10 CFU/ml pentru grupul de control netratat.

Administrarea de Salmonella fagii îi expun pe cale orală la condiții potențial ostile, cum ar fi pH-ul scăzut al stomacului/gizzardului și activităților bilei și enzimelor din duoden, care pot afecta viabilitatea bacteriofagului. Au fost utilizate diferite abordări pentru a atenua potențialele daune pe care aceste condiții le pot provoca, inclusiv administrarea concomitentă de antiacid [21], microîncapsularea cu chitosan/alginat [28] microîncapsularea cu alginat [29], microîncapsularea cu antiacid/alginat [30] nanoincapsulare lipozomică [31].

Colibaciloza

Huff și colab. [34] a folosit din nou fagul SPR02 într-un alt model de terapie cu fagi. Grupuri de zece pui de 3 zile au fost provocați cu 10 3 până la 10 4 CFU de E coli prin injectare directă în sacii de aer. Unui grup i s-a administrat fag (10 3 sau 10 6 PFU) simultan cu E coli, al doilea grup a fost administrat fag prin apă potabilă. Administrarea fagului prin apă potabilă nu a avut niciun efect protector, în timp ce injectarea simultană a fost asociată cu o mortalitate redusă (25% sau 5% pentru păsările tratate cu 10 3 și respectiv 10 6 PFU). Aceasta s-a comparat favorabil cu mortalitatea de 80% înregistrată pentru grupul de control netratat. Cu toate acestea, amestecarea fagului cu gazda în timpul administrării este probabil să producă rezultate pozitive în mod artificial, deoarece fagul va avea posibilitatea de a infecta și de a se replica în interiorul bacteriilor înainte ca acestea să aibă șansa de a stabili o infecție; reducând efectiv provocarea.

Huff și colab. [35] au folosit din nou fagii SPR02 și DAF6 pentru a trata colibaciloza, de data aceasta prin pulverizare cu aerosoli sau injecție intramusculară. Provocarea a folosit 5,96 × 10 4 CFU de E coli injectat în sacul aerian toracic stâng al puilor de 7 zile. Tratamentul cu fagi folosind spray-ul cu aerosoli (7,65 × 10 8 și 2,83 × 10 9 PFU/mL, respectiv DAF6 și SPR02) a oferit o protecție semnificativă păsărilor, după cum arată mortalitatea scăzută a grupului tratat (20%) în comparație cu grupul de control (50%). Cu toate acestea, dacă tratamentul cu fagi a fost întârziat cu 24 sau 48 de ore după provocarea bacteriană, nu a fost observat niciun beneficiu terapeutic. În schimb, păsările tratate cu o combinație de fagi (1,88 × 10 9 și 6,35 × 10 8 PFU/ml de DAF6 și respectiv SPR02) prin injecție intramusculară au avut o mortalitate semnificativ mai mică (≤ 20%) comparativ cu grupul de control (53% ).) dacă fagii au fost administrați imediat sau până la 48 de ore după provocarea bacteriană. Aceste rezultate întăresc noțiunea că calea de administrare joacă un rol fundamental în rezultatul terapiei cu fagi, deoarece cele mai bune rezultate par a fi obținute prin injectarea de fagi în păsări, ceea ce, având în vedere natura creșterii păsărilor, este puțin probabil să ofere o soluție practică la colibaciloză.

Huff și colab. [36] a evaluat sinergia potențială a antibioticelor și a tratamentului cu fagi pentru colibaciloză. Grupuri de zece pui de șapte zile au fost provocați cu 6 × 10 4 CFU de E coli injectat în sacul de aer toracic stâng. Aceasta a fost urmată imediat de injectarea unuia dintre cei doi fagi direct în mușchiul coapsei (3,7 × 10 9 și 9,3 × 10 9 PFU per ml de fagi DAF6 sau respectiv SPR02). Enrofloxacina a fost introdusă în apa potabilă a păsărilor la 50 ppm timp de 7 zile consecutive, începând imediat după aceea E coli provocare. Mortalitatea ridicată (68%) a fost înregistrată pentru grupul de control netratat. Aceasta în comparație cu mortalitatea de 15% în grupul tratat cu fag, mortalitatea de 3% în grupul tratat cu enrofloxacină și 0% pentru păsările tratate atât cu fag cât și cu antibiotic. Acest lucru i-a determinat pe autori să sugereze apariția sinergiei între ambii agenți terapeutici atunci când este utilizată în combinație cu o eficacitate îmbunătățită.

În afară de infecțiile respiratorii la păsări de curte, colibaciloza într-un model de meningită și septicemie au fost abordate la păsările de curte cu abord de terapie cu fagi [39]. Designul experimental a folosit puii de 3 săptămâni, Rhode Island, roșii infectați cu E coli H247 K1 + prin administrare intramusculară sau intracraniană, urmată de o injecție intramusculară de fag R la 10 4 sau 10 6 PFU. Mortalitatea în grupurile tratate cu fagi a fost zero, comparativ cu 100% în grupul de control netratat. Niciuna dintre păsările tratate cu fag nu a prezentat semne clinice de infecție. Mai mult, întârzierea tratamentului fagului până când semnele clinice ale bolii au fost evidente au dus la o protecție considerabilă, deoarece toate cele 10 păsări martor netratate au murit comparativ cu 3 din 10 pentru grupul tratat cu fag. Administrarea profilactică a fagului cu până la două zile înainte de provocarea bacteriană a fost, de asemenea, eficientă în reducerea mortalității la 1 din 9 în grupul tratat cu fag comparativ cu 4 din 9 în grupul de control. Fagul R a reușit să se înmulțească în sânge și să pătrundă în bariera hematoencefalică. Împreună, aceste date susțin ideea că chiar și infecțiile acute ar putea fi supuse tratamentului fagic.

Lucrarea de pionierat în terapia cu fagi care abordează colibaciloza la porci (și, de asemenea, șoareci, bovine și oi) a fost efectuată în anii 1980 de Smith și Huggins [40,41,42]. Într-un studiu, diareea a fost indusă la purcei, oferindu-le 3 × 10 8 CFU de agenți patogeni E coli O20: K101 987P la șapte purcei și 13-16 ore mai târziu au fost tratați prin administrarea orală a unui amestec (10 10 PFU) de doi fagi (P433/1 și P433/2) sau a unui singur fag (P433/1). Simptomele bolii la purceii tratați cu fagi au încetat 18-22 ore mai târziu, în timp ce purceii netratați au fost grav bolnavi, marcat deshidratați, ataxici, confuzi mintal și dacă nu ar fi fost hrăniți cu tub de stomac, autorii susțin că întregul grup de șapte purceii ar fi murit [41].

La fel de Campylobacter colonizează caeca la păsări și nu pare a fi foarte invaziv, fagii sunt de obicei administrați pe cale orală. Carvalho și colab. [62] a constatat că administrarea unui cocktail de trei fagi la puii de găină prin gavaj și furaje reduse C. jejuni și C. coli colonizarea în fecalele de pui la pui cu aproximativ 2 log10 CFU/g. Autorii raportează numărul de Campylobacter au fost menținuți cu 1 log10 CFU mai mici în grupul tratat cu fag comparativ cu martorul netratat. Cu toate acestea, izolatele rezistente la fagi recuperate din fecale (13%) nu au arătat o capacitate redusă de a coloniza intestinele de pui sau de a reveni la un fenotip sensibil la fagi. Mai recent, impactul asupra microbiotei puilor broiler infectate cu Campyobacter jejuni HPC5 după tratamentul cu un cocktail cu doi fagi a fost determinat [63]. Autorii au arătat o reducere de 2 log10 CFU/g pe Campylobacter contine in continutul de cecal, ca in vivo fagii se replica si se mentin ca o populatie stabila si, in plus, infectia C. jejuni de către fagii testați nu a afectat microbiota [63].

Clostridioza

C. perfringens este o bacterie Gram-pozitivă, aceasta implică faptul că stratul gros de peptidoglican este cea mai mare barieră expusă mediului înconjurător. S-a raportat că endolizinele codificate de fagi, enzime care vizează și hidrolizează legături specifice în rețeaua de peptidoglican, sunt suficiente pentru a realiza liza bacteriană [67]. Utilizarea endolizinelor purificate din fagii care vizează C. perfringens este prezentat ca o cale promițătoare de a reduce colonizarea sau de a trata infecția cu acest agent patogen așa cum a fost descris și supus revizuirii în altă parte [8, 68,69,70].

Concluzii