Wirtsgenetik des enterischen Mikrobioms und Krankheitsresistenz

von Chad Bierman, PhD, Genetiker, Genesus Inc.

Die Rentabilität wird von vielen verschiedenen Komponenten der Schweineproduktion bestimmt. Es wurde vermutet, dass die Anzahl der aus Schweinebetrieben verkauften vollwertigen Schweine der größte Faktor sein könnte, der die Rentabilität beeinflusst (Boyd, 2012).

Die Schweinesterblichkeit trägt stark zur Anzahl der verkauften Schweine bei, und Schweinekrankheiten spielen nicht nur bei der Schweinesterblichkeit, sondern auch bei der Schweinequalität eine wichtige Rolle. Weitere Forschungsergebnisse stimmen darin überein, dass Krankheiten in der Schweineproduktion weiterhin die Produktion und die Rentabilität verringern (VanderWaal und Deen, 2018).

Behandlungen sind teuer und Impfstoffe sind nicht zu 100 % wirksam. Es scheint dann vorteilhaft für Schweine zu sein, einen höheren genetischen Wert für die Widerstandsfähigkeit gegenüber Krankheitsherausforderungen zu besitzen, indem sie weniger betroffen sind oder sich schneller von einer durch eine Krankheit verursachten Infektion erholen. Die wirtschaftlichen Auswirkungen von Krankheiten sind hoch (Cornelison et al., 2018), und die Einführung von Metriken für die Resilienz in das Schweinezuchtziel wird den Gewinn der Erzeuger steigern.

Eine Möglichkeit, die Krankheitsresilienz zu beeinflussen, liegt in der Untersuchung der mikrobiellen Gemeinschaft des Schweine-Darm-Systems, auch als Schweinedarm-Mikrobiom bezeichnet. Wie von Kamada und Kollegen (2013) überprüft, besteht ein kompliziertes Netzwerk vorteilhafter Beziehungen zwischen dem Darmmikrobiom, dem Schwein selbst und der Darmumgebung. Dieses Netzwerk hat gerade erst begonnen, erforscht zu werden.

Äußere Faktoren können die Art und Größe der vorhandenen mikrobiellen Populationen beeinflussen, und diese Faktoren können die Fitness jeder einzelnen von ihnen verändern, wenn die Beziehungen unausgeglichen werden. Beispielsweise können eine veränderte Ernährung und die Verabreichung von Antibiotika das mikrobielle Netzwerk stören und zu einer Besiedlung des Darms durch schädliche Krankheitserreger in einer Umgebung führen, die einst von nützlichen Bakterien ausgeglichen wurde. Daher ist ein besseres Verständnis darüber, wie Mikroorganismen zur Gesundheit und zum Wohlbefinden des Schweins beitragen, hilfreich bei der Bekämpfung von Krankheitsherausforderungen.

Ein Interessengebiet im Zusammenhang mit dem Mikrobiom ist die Quantifizierung der genetischen Kontrolle des Wirts (Schweine) über die Zusammensetzung des Mikrobioms und die Identifizierung von Beziehungen zwischen Zusammensetzung und Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten. Frühere Studien haben Unterschiede zwischen Art und Häufigkeit der vorhandenen Bakterien festgestellt:

• Estelle und Kollegen (2014) identifizierten eine vererbbare Komponente der Häufigkeit bestimmter Bakterientypen zwischen Individuen, die je nach Gattungstyp von sehr niedrig (0.0) bis sehr hoch (0.82) reichte. Die Erblichkeitsschätzungen ungleich Null deuten darauf hin, dass die Gene des Schweins tatsächlich eine Rolle bei der Zusammensetzung des Mikrobioms spielen.
• Eine unabhängige Schätzung wurde später von Chen und Kollegen (2018) mit Heritabilitätsschätzungen von bis zu 0.56 für die Bakterienhäufigkeit veröffentlicht.
• Darüber hinaus identifizierte Estelles Gruppe starke genetische Korrelationen zwischen bestimmten Gattungstypen, was auf symbiotische Beziehungen zwischen ihnen hindeutet.
• Zusätzliche Hinweise auf einen mikrobiellen Einfluss auf die Leistung deuten darauf hin, dass das vaginale Mikrobiom möglicherweise einen größeren Einfluss auf die Fortpflanzungsleistung (Sterblichkeit vor dem Absetzen und Anzahl der abgesetzten Ferkel) hat als die Wirtsgenetik (Sanglard et al., 2000).

Zusammengenommen legen diese Ergebnisse die potenzielle Bedeutung des Mikrobioms bei der Gestaltung von Phänotypen und eine genetische Rolle des Wirts (Schweins) bei der Zusammensetzung des Mikrobioms nahe.

Angesichts der Tatsache, dass die Wirtsgenetik eine Rolle bei der Zusammensetzung enterischer mikrobieller Populationen spielt, besteht ein relevanter nächster Schritt darin, die genetische Selektion für die Zusammensetzung des Mikrobioms in Betracht zu ziehen, die für die Gesundheit und Produktivität von Schweinen günstig ist.

Es gibt frühe Hinweise darauf, dass Immunitätsmerkmale, die anhand der Blutzusammensetzung gemessen werden, genetisch mit der Art der vorhandenen Mikrobiota korrelieren (Estelle et al., 2014).

Das Mikrobiom wurde auch mit der Beeinflussung der Effizienz der Impfstoffantwort in Verbindung gebracht. Individuelle genetische Variationen wurden in Menschen- und Mauspopulationen sowie zwischen geografisch getrennten menschlichen Populationen dokumentiert (Lynn und Pulendran 2017). Ein aktuelles Schweinebeispiel stellte auch die Hypothese auf, dass das Darmmikrobiom die Wirksamkeit des Impfstoffs beeinflusst (Munyaka et al., 2020), wo sie eine phänotypische Beziehung bestätigten, wenn sie die Impfreaktion auf Mycoplasma hyopneumoniae mit der Zusammensetzung des Mikrobioms vor der Impfung in Verbindung brachten. Ihren Ergebnissen zufolge könnte die Häufigkeit bestimmter Gattungstypen die Ergebnisse von Impfstoffen besser vorhersagen als andere.

Diese Ergebnisse, gepaart mit Hinweisen auf einen wirtsgenetischen Einfluss auf das Schweinedarmmikrobiom, deuten auf eine echte Chance hin, die natürliche Krankheitsresistenz durch genetische Selektion auf ein günstiges Schweinedarmmikrobiom weiter zu verbessern.

Genesus beteiligte sich an dieser Suche durch seine Beteiligung an einem großangelegten angewandten Forschungsprojekt von Genome Canada im Jahr 2014. In Bezug auf die bisherige Mikrobiomforschung könnten Mikrobiommessungen an jungen Schweinen möglicherweise ihre Impfreaktionsergebnisse vorhersagen – die sich anschließend auf die Immunität und die potenzielle Krankheitsanfälligkeit beziehen.

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Dieser Beitrag wurde von Genesus geschrieben