Tutaj opisujemy metodę generowania piskląt wolnych od zarazków z jaj komercyjnej linii brojlerów, Ross PM3. Metoda ta może być dostosowana do hodowli zwierząt wolnych od zarazków z innych gatunków drobiu.
Artykuł metodologiczny
Tutaj opisujemy metodę generowania piskląt wolnych od zarazków z jaj komercyjnej linii brojlerów, Ross PM3. Metoda ta może być dostosowana do hodowli zwierząt wolnych od zarazków z innych gatunków drobiu.
Badania nad wkładem mikrobioty jelitowej w fizjologię i immunokompetencję gospodarza są ułatwione dzięki dostępności wolnych od zarazków modeli zwierzęcych, które są uważane za złoty standard. Ptaki gniazdujące są idealnymi modelami do produkcji zwierząt wolnych od zarazków, ponieważ nie ma potrzeby wychowywania ich krewnych w sterylnych warunkach. Kurczęta wolne od zarazków są głównie uzyskiwane z linii eksperymentalnych wolnych od specyficznych patogenów (SPF), które są słabo reprezentatywne dla komercyjnych linii kurczaków. Zaproponowana tutaj metoda pozwoliła na produkcję kurczaków wolnych od zarazków z szybko rosnącej linii brojlerów Ross PM3, powszechnie stosowanej w przemyśle drobiarskim. Jaja były szybko zbierane po zniesieniu na fermie hodowlanej brojlerów. Zostały one poddane rygorystycznemu procesowi dekontaminacji od momentu pobrania do wprowadzenia do sterylnego jaja izolator wylęgowy. Pisklęta zostały wylęgnięte i trzymane w tych sterylnych izolatorach przez okres niezbędny do kontrolowania ich bezpłodności. Pierwotnie opracowany dla eksperymentalnej linii SPF white leghorn, obecny protokół został dostosowany nie tylko do linii brojlerów Ross PM3, ale także do przepiórek. Jest to zatem solidna i łatwa do dostosowania procedura do innych gatunków drobiu i ptaków gniazdujących o znaczeniu gospodarczym, biologicznym lub ekologicznym.
Nastąpił dramatyczny wzrost zainteresowania naukowego i popularnego wkładem mikrobioty jelitowej w zdrowie zwierząt. Mikrobiota, składająca się z bakterii, wirusów, grzybów i archeonów, które zamieszkują różne nisze w jelicie zwierzęcia, jest bezpośrednio lub pośrednio zaangażowana w regulację chorób zapalnych, zakaźnych i metabolicznych dotykających nie tylko gatunki ssaków, ale także zwierzęta gospodarskie, takie jak drób1. Opracowano kilka modeli zwierzęcych, aby lepiej zbadać wpływ mikrobioty jelitowej na zdrowie i choroby. Na przykład zwierzęta wolne od zarazków i gnotobiotyczne pozwalają na badanie całkowitego braku drobnoustrojów lub znanej mikrobioty, odpowiednio, w fizjopatologii infekcji2,3. Jednak hodowla i utrzymanie tych zwierząt wymaga specjalistycznych technik i urządzeń, a koszty, praca i umiejętności wymagane do ich utrzymania ograniczają ich dostęp do wielu badaczy. Rzeczywiście, zwierzęta wolne od zarazków muszą być regularnie monitorowane pod kątem możliwego zanieczyszczenia przy użyciu kombinacji metod hodowli bakterii, mikroskopii, serologii, morfologii ogólnej i technik wykrywania opartych na sekwencjonowaniu. Podobne procedury mają również zastosowanie do innych gatunków, takich jak zwierzęta gospodarskie, gdzie zwierzęta są na ogół większe i wymagają większych obiektów do ich hodowli i utrzymania, co może w pewnym stopniu utrudniać badania nad mikrobiotą.
Drób, a dokładniej kurczaki, są podstawą produkcji zwierzęcej na całym świecie, z populacją stada, która może przekroczyć 40 miliardów ptaków rocznie. Jest to najważniejsze źródło białka zwierzęcego na świecie (http://www.fao.org/poultry-production-products/en/). Co więcej, nie ma kulturowych ani religijnych tabu związanych z hodowlą lub konsumpcją kurczaków. Mikrobiota jelitowa drobiu jest istotnie zaangażowana we wzrost zwierząt, współczynnik wykorzystania paszy, odporność, odporność na patogeny, a także wiele innych procesów żywieniowych, fizjologicznych lub patologicznych4. Hodowla kurcząt wolnych od zarazków jest zatem niezbędna, aby podkreślić dialog między mikrobiotą a jej gospodarzem4. Nawet jeśli jajowód kurzy zamieszkują społeczności mikroorganizmów5, zawartość jaja świeżo zniesionego przez zdrową kurę jest w większości wolna od mikroorganizmów, a skorupka jaja i błony posiadają mechaniczne bariery zapobiegające inwazji mikroorganizmów4. Ponadto pisklęta są łatwo odchowywane pod nieobecność ich krewnych, co w przeciwieństwie do ssaków pozwala na produkcję zwierząt wolnych od zarazków bez hodowli rodzicielskiej w sterylnych warunkach.
Eksperymentalny obiekt "Zakaźność zwierząt hodowlanych, modelowych i dzikich" (PFIE, UE-1277, Centre INRAE Val de Loire, Nouzilly, Francja, https://doi.org/10.15454/1.5572352821559333e12) jest częścią francuskiej Narodowej Sieci Infrastruktury EMERG'IN (https://www.emergin.fr/). PFIE od ponad 40 lat opanował produkcję kurczaków wolnych od zarazków, aby przeprowadzać różne badania eksperymentalne7,8,9,10,11. Zwierzęta te zostały wyprodukowane z jaj wolnych od specyficznych patogenów (SPF) z białej linii niosek leghorn hodowanej w hodowli zamkniętej od 1970 roku. Używany głównie do badań mikrobiologicznych7,8,9, ptaki wolne od zarazków doświadczają odrodzenia zainteresowania takimi kwestiami, jak wpływ mikrobioty jelitowej na zachowanie13, wykorzystanie składników odżywczych14, rozwój immunologiczny15 i aktywność hormonalna. Nawet jeśli niektóre badania zostały opublikowane przy użyciu linii brojlerów wolnych od zarazków16, badania te pozostają niedostatecznie reprezentowane w porównaniu z badaniami, w których zastosowano eksperymentalne linie warstwowe. Ewolucja zagadnień naukowych w kierunku wzajemnych oddziaływań między mikrobiotą a jej gospodarzem w zakresie zdrowia i dobrostanu drobiu skłoniła nas do dostosowania naszego historycznego protokołu w celu wyhodowania wolnych od zarazków brojlerów z linii Ross PM3, najczęściej wykorzystywanej linii brojlerów na świecie.
Procedury opieki nad zwierzętami zostały przeprowadzone zgodnie z wytycznymi określonymi przez Dyrektywę Rady Wspólnot Europejskich (86/609/EWG) oraz przez francuskie przepisy dotyczące doświadczeń na zwierzętach.
1. Przygotowanie izolatora
2. Zbieranie jaj i inkubacja
3. Kreskowanie
4. Analiza stanu bakteriologicznego
Przeprowadzono sześć serii pozyskiwania kurcząt wolnych od drobnoustrojów z jaj rasy Ross PM3 pochodzących z dwóch różnych ferm we Francji (Tabela 1). Zebrano łącznie 853 jaja, z których po dwóch etapach dekontaminacji i 19 dniach inkubacji 86,40% pozostało żywotnych. 490 z tych żywotnych jaj poddano trzeciemu etapowi dekontaminacji i wprowadzono do różnych izolatorów wylęgowych, co dało średni wskaźnik wylęgowości na poziomie 79,80%. Stanowi to wskaźnik wylęgowości rzędu 68,94% w stosunku do początkowej liczby zebranych jaj.
Jednak wyniki wylęgu znacząco różnią się w zależności od przeprowadzonej serii: od 41,67% do 88,16% żywych piskląt w stosunku do liczby zebranych jaj. Wariacje te zaobserwowano również pomiędzy poszczególnymi wylęgami w ramach tego samego eksperymentu. Ponieważ nie wszystkie izolatory były wykorzystywane we wszystkich cyklach, trudno jest wykluczyć efekt zależny od izolatora. Jednak efekt serii ten był bezpośrednio skorelowany z wiekiem kur niosek (Rysunek 1), przy czym jaja pochodzące od starszych kur wykazywały mniejszą żywotność.
Sześć serii przeprowadzono z wykorzystaniem czterech różnych izolatorów wylęgarni. Po kontroli bakteriologicznej potwierdzono, że zwierzęta z 14 z 16 izolatorów były wolne od drobnoustrojów. Odpowiada to wskaźnikowi sukcesu na poziomie 87,5%. Dwa pozostałe izolatory zostały zanieczyszczone pojedynczą, środowiskową i niepatogenną bakterią.
Wszystkie zwierzęta wykorzystane w eksperymentach naukowych pozostały wolne od drobnoustrojów aż do zakończenia badań, przez co najmniej trzy tygodnie po wykluciu.

Rycina 1: Wpływ wieku kury na wskaźnik wykluciaNiniejsza rycina przedstawia wskaźniki wyklucia zaobserwowane w zależności od wieku stada kur niosek, wyrażonego w tygodniach znoszenia jaj. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
| Zebrane jaja | żywe jaja D19 | D19 jaja żywe/pobrane jaja | Jaja przeniesione do izolatora 1 | Przeniesienie jaj do izolatora 2 | Jaja przeniesione do izolatora 3 | Jaja przeniesione do izolatora 4 | całkowita liczba przeniesionych jaj | żywe pisklęta wyklute w izolatorze 1 | żywe pisklęta wyklute w izolatorze 2 | żywe pisklęta wyklute w izolatorze 3 | żywe pisklęta wyklute w izolatorze 4 | całkowita liczba żywych wyklutych piskląt | żywe jaja po wykluciu/przeniesione izolator1 | żywe jaja po wykluciu/przeniesione izolator2 | żywe jaja po wylęgu/przeniesione izolator3 | żywe jaja po wylęgu/przeniesione izolator4 | globalna liczba żywotnych jaj po wykluciu/przeniesieniu | |
| seria 1 | 101 | 93 | 92.08% | 23 | 24 | - | - | 47 | 22 | 23 | - | - | 45 | 95.65% | 95.83% | 95.74% | ||
| seria 2 | 130 | 117 | 90.00% | 25 | 25 | 25 | 75 | 20 | 24 | 18 | - | 62 | 80.00% | 96.00% | 72.00% | 82.67% | ||
| Pomiar 3 | 132 | 97 | 73.48% | 26 | - | 26 | 45 | 97 | 14 | - | 13 | 28* | 27 | 53.85% | 50.00% | 62.22% | 56.70% | |
| Pomiar 4 | 130 | 116 | 89.23% | 36 | 35 | - | - | 71 | 33 | 34 | - | - | 67 | 91.67% | 97.14% | 94.37% | ||
| Próba 5 | 180 | 148 | 82.22% | 30 | 30 | 30 | 30 | 120 | 26* | 25 | 17 | 24 | 66 | 86.67% | 83.33% | 56.67% | 80.00% | 76.67% |
| Cykl 6 | 180 | 166 | 92.22% | - | 40 | 40 | - | 80 | - | 35 | 35 | - | 70 | 86.67% | 87.50% | 87.50% | 87.50% | |
| Suma | 853 | 737 | 86.40% | 140 | 154 | 121 | 75 | 490 | 89 | 141 | 83 | 24 | 337 | 82.14% | 91.56% | 68.60% | 69.33% | 79.80% |
Tabela 1: Wyniki techniczne różnych eksperymentów z wylęganiem. Niniejsza tabela przedstawia wyniki 6 serii wylęgania w warunkach wolnych od drobnoustrojów: liczbę zebranych jaj, żywotność zarodka w 19. dniu oraz liczbę żywych wyklutych piskląt w poszczególnych izolatorach.
Wcześniej opisano kilka metod generowania kurczaków wolnych od zarazków 7,21,22. Proste metody, takie jak ta przedstawiona tutaj, wykorzystują różne środki dezynfekujące w celu zmniejszenia obciążenia bakteryjnego na powierzchni jaj i w izolatorach. Najczęściej stosowanymi środkami dezynfekującymi są chlorek rtęci, czwartorzędowy amon, jodoform, podchloryn sodu i roztwory dwutlenku chloru. Efekty są często zadowalające. Jednak pomimo dostępności tych metod, niewiele struktur może zastosować tę metodę i hodować zwierzęta na dużą skalę, co sprawia, że wykorzystanie kurczaków wolnych od zarazków jest stosunkowo rzadkim podejściem, stosowanym tylko w celu rozwiązania bardzo konkretnych pytań naukowych. Opisane tu metody, materiały i sprzęt pozwalają na wysoce wydajną proporcję wylęgową brojlerów wolnych od zarazków, które pozostają zdrowe i bezpłodne przez co najmniej 3 tygodnie (czas trwania eksperymentów naukowych, do których zostały wyprodukowane).
Wyniki pokazują, że adaptacja protokołu do produkcji piskląt wolnych od zarazków z jaj zebranych na komercyjnych fermach drobiu zakończyła się sukcesem. Doświadczenia z produkcją jaj SPF pokazują, że efektywność wylęgu zależy przede wszystkim od wieku kur niosek oraz od jakości zebranych jaj. Oba parametry były brane pod uwagę przy wyborze ferm i zbieraniu jaj. Przy zastosowaniu tej samej metody średni wskaźnik wylęgu brojlerów wolnych od zarazków jest znacznie lepszy niż uzyskany w ostatniej produkcji kur niosek SPF w naszym zakładzie (79% vs 35%), bez wpływu na sterylność zwierząt (87% vs 83%). Różnice te mogą być związane z pochodzeniem genetycznym ptaków (brojlery w porównaniu z nioskami), a także z jakością skorupki jaja, która prawdopodobnie będzie bardziej krucha w jajach zwierząt SPF utrzymywanych w zamkniętych hodowlach przez ponad 40 lat. Ponadto wykazaliśmy również, że transport trwający dłużej niż 2 godziny (z fermy do zakładu doświadczalnego) nie wpływa na wydajność i jakość wylęgu.
Chociaż proces sterylizacji stosowany do izolatorów wylęgowych i protokół odkażania jaj zostały zoptymalizowane, około 10% izolatorów nie było wolnych od zarazków. Aby zrozumieć pochodzenie zanieczyszczenia, bardzo ważne jest przeprowadzenie rutynowej kontroli sterylności wyklutych izolatorów przed wprowadzeniem jaj.
Jeśli chodzi o stan sterylności ptaków, staraliśmy się zastosować metody, które pozwalają na wzrost bakterii tlenowych i niewybrednych bakterii beztlenowych z próbek kału, zapewniając w ten sposób, że wykrywamy żywe, zdolne do życia bakterie. Metody te są zgodne z międzynarodowymi farmakopeami dotyczącymi badania sterylności i stanowią szybkie, łatwe i tańsze techniki do rutynowego stosowania. Jednak techniki biologii molekularnej, takie jak sekwencjonowanie genu 16S rRNA, choć nie dostarczają informacji na temat żywotności bakterii, mogą być stosowane do potwierdzenia obecności bakterii niehodowlanych. Rzeczywiście, niedawne badania sugerują, że niektóre bakterie mikrobioty jajowodu matki wydają się być przenoszone do zarodka przez białko jaja, stanowiąc później większość populacji bakterii jelitowych zarodka5. Co więcej, inne badanie sugerowało, że część kolonizatorów mikrobiologicznych przechowywanych we wczesnych zarodkach została odziedziczona po kurach matczynych, a na obfitość i różnorodność mikroorganizmów jelitowych miały później wpływ czynniki środowiskowe i genetyka gospodarzapodczas rozwoju. Jednak wyniki tych badań opierają się na analizie sekwencji DNA, w której duża liczba tych bakterii może być martwa lub nie do odtworzenia w białku jaja kurzego (znacznie naładowanym cząsteczkami przeciwdrobnoustrojowymi). Thomas i współpracownicyprzeprowadzili testy sterylności poprzez ocenę hodowlanych bakterii tlenowych i fakultatywnych bakterii tlenowych poprzez upuszczanie kału na płytki BHI, podkreślając w ten sposób skuteczność standardowych metod bakteriologicznych w kontroli sterylności wolnej od zarazków. Ponadto w zaproponowanym protokole zastosowaliśmy monitorowanie wzrostu w bulionie tioglikolanowym z rezazuryną, aby móc wykryć wzrost niewybrednych bakterii beztlenowych.
Protokół, stosowany już do produkcji przepiórek i kurcząt wolnych od zarazków, można go dostosować do produkcji zwierząt wolnych od zarazków z większości ptaków gniazdujących i oferuje perspektywy badania wkładu mikrobioty w fizjologię tych zwierząt. Oprócz wykorzystania tego modelu do badania wzajemnych interakcji między gospodarzem a mikrobiotą w jelicie drobiu, może on być również przydatny w badaniach stosowanych. Na przykład można go wykorzystać do oceny bezpieczeństwa i skuteczności probiotyków pochodzących z mikroorganizmów komensalnych jelit kurczaka w celu poprawy zdrowia i odporności zwierząt.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Autorzy są wdzięczni hodowcom i towarzystwu Boyé accouvage (La Boissière en Gâtine, Francja) za dostarczenie zapłodnionych jaj. Badanie zostało przeprowadzone pod auspicjami konsorcjum badawczego APR-IA "INTEGRITY" (2017-2019), które zostało sfinansowane przez Région Centre Val de Loire we Francji.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Sterylne plastikowe pipety 2 ml | Starsted | 86.1252.001 | |
| Probówki 50 ml | Płytki | ||
| BHI | PO1198A | diagnostyczne Thermo | |
| fisher Bulion do infuzji serca | Thermo fisher | CM1135 | |
| Szklane probówki z bulionem | roboty i sterylizowane w autoklawie | ||
| Szklane probówki z 9 ml bulionu tioglikolanowego z resazuryną | domowej roboty i sterylizowane w autoklawie | ||
| Inkubator wylęgowy | Fieme | MG 576 | |
| Inkubator | Memmert | do hodowli bakteriologicznej, 37 &; C | |
| Napromieniowana pasza | Bezpieczny | U8983G10R | 40 kG napromieniowane |
| Izolatory | domowej roboty. 1 m3 sztywny izolator pod nadciśnieniem | ||
| bezpieczeństwa mikrobiologicznego | thermon electron corporation | model: Hera Bezpieczny | |
| mikroskop Visiscope seria 300 | VWR | ||
| Pomoc do pipet | Drummond | ||
| Pipety plastikowe | |||
| Sterylnie zamknięte pudełka | Średnica | tuperware | |
| Sterylizowana szklana rurka | "sovirel" | ||
| Bulion tioglikolanowy z rezazuryną | Merck | 90404-500G | |
| Kąpiel wodna | Fisher scientific | Model: Polystat 36, używany do inkubacji 10 min w temperaturze 100 &; C szklane probówki z 9 ml bulionu tioglikolanowego z rezazuryną w celu regeneracji pożywki |
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie