Anlatı derlemesi incelemesi

Enterococcus Faecium Bakterisinin Hayvancılıktaki Uygulama Alanları, Biyolojik Özellikleri ve Güvenlik Sorunları Üzerine Bir Derleme

Hayvancılık sektöründe antibiyotik kullanımının sınırlandırılmasıyla birlikte probiyotik yem katkı maddelerine olan gereksinim hızla artmıştır. Enterococcus faecium, memeli bağırsağının doğal mikroflorasında bulunan ve yüksek sıcaklık, mide asidi ile safra tuzlarına karşı dayanıklılığı sayesinde öne çıkan bir laktik asit bakterisidir.

Makalenin anahtar kelimeleri

Yazar: Zhilin Liu et al.
Yayın: Frontiers in Cellular and Infection Microbiology
Tarih: 2023-07-28
DOI: 10.3389/fcimb.2023.1168189

Makalenin Kapsamı ve Akademik İçeriği

Hayvancılık endüstrisinde antibiyotik büyüme teşvikçilerinin yasaklanması ve sınırlandırılması, hayvan sağlığını koruyan ve büyüme performansını artıran güvenilir probiyotik alternatiflerin geliştirilmesini zorunlu kılmıştır. Laktik asit bakterilerinden biri olan Enterococcus faecium, memeli gastrointestinal sisteminin doğal bir üyesi olup yüksek sıcaklığa, mide asidine ve safra tuzlarına karşı sergilediği biyolojik direnç sayesinde yem katkı maddesi olarak yaygın kullanım alanı bulmuştur. Bununla birlikte, hatalı ve bilinçsiz antibiyotik kullanımı neticesinde bakterinin direnç genleri kazanması, plazmidler aracılığıyla yatay gen transferi yapabilmesi ve çeşitli virülans faktörlerini taşıyarak fırsatçı patojene dönüşebilmesi, hayvancılıkta güvenli kullanımına dair ciddi tartışmalar başlatmıştır.

Bu derleme, Enterococcus faecium suşlarının biyolojik özelliklerini, hayvan beslemedeki uygulamalarını ve patojeniteye bağlı güvenlik risklerini sistematik bir yaklaşımla sentezlemeyi amaçlamaktadır. Yazar grubu, bakterinin ısı ve asit toleransı ile bağırsak epiteline tutunma yeteneklerini belirleyen laboratuvar çalışmalarını ve ampirik besleme denemelerini incelemiştir. İnceleme kapsamında, bu bakterinin etlik piliç, domuz, koyun ve süt sığırlarında büyüme performansı, ortalama günlük canlı ağırlık artışı, yem dönüştürme oranı ve süt verimi üzerindeki olumlu etkileri değerlendirilmiştir. Ayrıca bakterinin gastrointestinal bariyeri güçlendirme, sıkı bağlantı proteinlerinin gen ifadesini artırma ve pro-inflamatuar sitokinleri baskılama mekanizmaları analitik olarak ele alınmıştır.

Derlenen deneysel veriler, Enterococcus faecium katkılı yemlerin hayvanlarda canlı ağırlık artışını ve yemden yararlanmayı belirgin düzeyde geliştirdiğini göstermektedir. Sütten kesilmiş domuz yavrularında diarre oranının azaldığı, duodenal, jejunal ve ileal villus yüksekliğinin kript derinliğine oranının arttığı tespit edilmiştir. İmmünolojik parametrelerde ise serum IgG düzeylerinin ve anti-inflamatuar sitokinlerden IL-10 ile TGF-beta ifadelerinin arttığı, buna karşılık pro-inflamatuar IL-8 ve TNF düzeylerinin gerilediği belirlenmiştir. Bağırsak mikrobiyotasına yönelik analizlerde, bu bakterinin jejunumdaki yararlı laktik asit bakterileri miktarını artırdığı, patojen mikroorganizmaların epitel hücrelerine yapışmasını engellediği ve bağırsak bariyer fonksiyonunu destekleyen muropeptitler ürettiği doğrulanmıştır.

Sentezlenen bulgular, Enterococcus faecium bakterisinin ampirik olarak sunduğu yüksek probiyotik potansiyele rağmen, virülans genleri ve multidirençli yapısı nedeniyle kontrolsüz kullanımının riskli olduğunu ortaya koymaktadır. Derlemede, klinik ve hayvansal izolatlarda vancomycin, ampicillin ve erythromycin direncine rastlandığı, hyl, gelE, cylA, asa1 ve esp genlerinin doku yıkımına ve enfeksiyona yol açabileceği vurgulanmaktadır. Bu durum, literatür taraması yapan araştırmacılar için suş düzeyinde güvenlik taramalarının ve genomik karakterizasyonun önemini göstermektedir. Araştırma, probiyotik suş seçiminde virülans faktörlerinden arındırılmış güvenli suşların belirlenmesi gerektiğini kanıtlayarak hayvancılık ve halk sağlığı literatürüne temel bir kaynak sunmaktadır.

Araştırmanın amacı

Bu çalışmanın amacı, Enterococcus faecium bakterisinin biyolojik özelliklerini, hayvancılık üretimi ve hayvan beslemedeki uygulama alanlarını, antibiyotik direnci ile virülans genlerinden kaynaklanan güvenlik sorunlarını sentezleyerek hayvancılıkta güvenli kullanımına yönelik akademik bir referans sunmaktır(Liu et al., 2023).

İnceleme ve modelleme yöntemi

Bu derleme çalışması, Enterococcus faecium bakterisinin biyolojik tolerans özelliklerini, hayvancılık sektöründeki yem katkısı uygulamalarını ve antibiyotik direnci ile virülans genlerinden kaynaklanan güvenlik risklerini mevcut literatür üzerinden nitel bir yaklaşımla incelemektedir(Liu et al., 2023).

Kuramsal ve kavramsal çerçeve

Çalışma, probiyotiklerin bağırsak mikrobiyotası düzenlenmesi, patojenlerle rekabetçi dışlama (competitive exclusion), immünomodülasyon ve gastrointestinal bariyer bütünlüğünün korunması mekanizmalarına dayanmaktadır. Ayrıca bakteriyel antibiyotik direnci ve plazmidler aracılığıyla yatay gen transferi kuramları çerçevesinde biyolojik güvenlik ve halk sağlığı riskleri ele alınmaktadır.

Makalenin ele aldığı literatür

Derleme, Enterococcus faecium suşlarının ısı, pH ve safra tuzlarına tolerans testlerini, domuz, koyun, sığır ve kanatlı hayvanlarda büyüme performansı, yemden yararlanma ve serum immünoglobulin düzeyleri üzerine etkilerini kapsayan ampirik çalışmaları incelemektedir. Aynı zamanda klinik izolatlarda ve hayvancılık kaynaklı bakterilerde vanA, hyl, gelE, asa1, cylA ve esp gibi virülans genlerinin dağılımını ve antibiyotik direnç mekanizmalarını belgeleyen geniş bir literatür birikimini bir araya getirmektedir.

Araştırmanın Bulguları

Enterococcus faecium, yüksek sıcaklık, mide asidi ve safra tuzlarına karşı direnç gösteren; hızlı büyüme ve bağırsak epiteline güçlü yapışma yeteneğine sahip probiyotik özellikli gram pozitif bir bakteridir(Liu et al., 2023).

Hayvan beslemede yem katkısı olarak kullanılan Enterococcus faecium, karbonhidratları laktik, asetaz ve propiyonik asit gibi organik asitlere dönüştürerek besin maddelerinin sindirilebilirliğini ve büyüme performansını artırmaktadır(Liu et al., 2023).

Enterococcus faecium probiyotik desteği, antiinflamatuar yanıtları tetikleyip patojenik mikroorganizma enfeksiyonlarına karşı immun yanıtı güçlendirerek hayvanların serum immünoglobulin düzeylerini yükseltmektedir(Liu et al., 2023).

Bazı Enterococcus faecium suşları hyl, gelE, asa1, cylA ve esp gibi virülans genleri taşımakta; doku yıkımına ve konak savunmasından kaçmaya yol açarak fırsatçı patojen özellik gösterebilmektedir(Liu et al., 2023).

Gelişen antibiyotik direnci ve virülans faktörleri nedeniyle Enterococcus faecium suşlarının yem katkı maddesi olarak güvenli kullanımı için kullanımdan önce genetik taramadan geçirilmeleri zorunlu hale gelmektedir(Liu et al., 2023).

Bulguların Tartışılması ve Araştırmanın Sonucu

Bulguların Yazarlar Tarafından Yorumlanışı

Enterococcus faecium bakterisinin fizyolojik dayanıklılığı, bağırsak epiteline yapışma kabiliyeti ve antibakteriyel bileşikler üretebilmesi, bu mikroorganizmanın hayvancılıkta probiyotik yem katkı maddesi olarak kullanılması için güçlü bir biyolojik temel oluşturmaktadır.

Yazarlar, söz konusu bakterinin yem işleme süreçlerindeki yüksek sıcaklıklara, mide asidine ve safra tuzlarına gösterdiği direnç sayesinde bağırsak mikrobiotasını düzenlediğini ve hayvanların büyüme performansı ile bağışıklık yanıtlarını belirgin biçimde geliştirdiğini vurgulamaktadır.

Önceki literatür verileriyle yapılan karşılaştırmalar, Enterococcus faecium uygulamasının etlik piliçlerde ve domuz yavrularında patojen birikimini baskıladığını ve serum immünoglobulin düzeylerini artırdığını göstermekte; buna karşın taşınan virülans genlerinin oluşturduğu risklere dikkat çekmektedir.

Bakterinin taşıdığı plazmit kaynaklı antibiyotik direnci ve patojenite potansiyeli göz önüne alındığında, ticari yem katkısı olarak kullanılacak suşların güvenlik ve genotipik analizlerinin titizlikle yapılması hayvancılık sektörü ve halk sağlığı açısından büyük önem taşımaktadır.

Bulguların Önceki Araştırmalarla Karşılaştırılması

Feng ve arkadaşları (2019), sütten kesilmiş domuz yavrularının yemlerine Enterococcus faecium SF68 eklenmesinin ishal oranını belirgin şekilde düşürdüğünü ve bağırsak gelişimini iyileştirdiğini göstererek bakterinin sindirim kanalını koruyucu etkisini doğrulamıştır(Liu et al., 2023).

Cao ve arkadaşları (2018), Escherichia coli K88 ile enfekte edilen etlik piliçlerde Enterococcus faecium takviyesinin serum IgA, IgM ve IgG düzeylerini artırarak ortalama günlük canlı ağırlık artışını olumlu etkilediğini ve patojen enfeksiyonlarına karşı koruma sağladığını ortaya koymuştur(Liu et al., 2023).

Dolka ve arkadaşları (2020), güvercinlerden izole edilen Enterococcus faecium suşlarında gelE, asa1, efaA, ace, cylA ve esp virülans genlerini saptayarak bakterinin hemoliz ve biyofilm oluşturma potansiyeliyle fırsatçı patojene dönüşebildiğini literatürde belgelemiştir(Liu et al., 2023).

Sonuç Bölümünün Sunduğu Çıkarımlar

Enterococcus faecium, yüksek biyolojik toleransı ve probiyotik etkileriyle hayvancılıkta büyüme performansını, bağışıklığı ve bağırsak sağlığını geliştiren değerli bir yem katkı maddesidir. Ancak artan antibiyotik direnci ve taşıdığı virülans genleri nedeniyle patojenleşme riski bulunduğundan, suşların kullanım öncesinde genetik ve güvenlik analizlerinden geçirilmesi kritik zorunluluktur(Liu et al., 2023).

Literatür Taraması İçin Sunduğu Çerçeve

Bu derleme çalışması, hayvancılık literatüründe Enterococcus faecium bakterisinin iki yönlü doğasını bir araya getiren bütüncül bir değerlendirme işlevi üstlenmektedir. Bir yandan bakterinin probiyotik potansiyeli, yem işleme teknolojilerine uygunluğu ve hayvan sağlığı üzerindeki olumlu etkileri aktarılırken; diğer yandan barındırdığı virülans faktörleri ve yatay gen transferi riski taşıyan antibiyotik direnç mekanizmaları ele alınmaktadır. Böylece biyoteknoloji ve hayvan besleme alanlarındaki literatürün, yalnızca verimlilik odaklı değil aynı zamanda biyogüvenlik odaklı bir bakış açısı geliştirmesine katkı sunmaktadır.

Çalışma, daha önce yapılmış olan ve Enterococcus faecium suşlarının sadece probiyotik etkilerine veya sadece klinik patojenitesine odaklanan tek yönlü araştırmaları birleştiren bir köprü niteliğindedir. Önceki ampirik bulguları (örneğin SF68 suşu ve NCIMB 10415 suşu üzerine yapılan çalışmaları) temel alarak, bu suşların fizyolojik direnç limitlerini ve gastrointestinal sistemde kalıcı olma yeteneklerini karşılaştırmalı olarak analiz etmektedir. Aynı zamanda klinik tıp ve veterinerlik literatüründe yer alan direnç aktarımı ve virülans genlerinin yayılımı konularını ampirik kanıtlarla destekleyerek önceki çalışmaların kapsamını genişletmektedir.

Bu çalışma, laktik asit bakterileri ve probiyotik yem katkıları literatürüne, özellikle suş güvenliğinin denetlenmesine yönelik metodolojik bir farkındalık kazandırarak katkıda bulunmaktadır. Yalnızca hayvanların büyüme performansının geliştirilmesini değil, aynı zamanda hayvancılık kaynaklı antibiyotik direncinin yayılma risklerini de bir bütün olarak tartışmaya açmaktadır. Çalışmada sunulan veriler, yem katkısı olarak onaylanacak bakterilerin hangi genetik testlerden ve virülans taramalarından geçmesi gerektiğine dair net bir çerçeve sunmakta, böylece gelecekteki güvenlik politikalarına ve biyoteknolojik ar-ge faaliyetlerine yön vermektedir.

Kaynakça

Feng, B. B., Fang, W., Zhao, G. Q., & Huo, Y. J. (2019). Effect of Enterococcus faecium SF68 on diarrhea rate, intestinal development and histomorphology in weaned piglets. Journal of Animal Nutrition, 31(2), 940-948.
Cao, G. T., Dai, B., Zhang, L. L., Zen, X. F., & Yang, C. M. (2018). Effects of Enterococcus faecium on the Growth Performance, Serum Biochemical Parameters and the Structure of Cecal Microflora in the E. coli-challenged Broilers. Journal of Animal Husbandry and Veterinary Medicine, 49(5), 962-970.
Dolka, B., Czopowicz, M., Chrobak-Chmiel, D., Ledwoń, A., & Szeleszczuk, P. (2020). Prevalence, antibiotic susceptibility and virulence factors of Enterococcus species in racing pigeons (Columba livia f. domestica). BMC Veterinary Research, 16(1), 7. https://doi.org/10.1186/s12917-019-2200-6

Tez ve Makale Araştırmalarında Kullanım

Makalenin doğrulanmış yöntemi, bulguları ve kuramsal çerçevesi; tez ve makale çalışmalarında kullanılacağı bölümle birlikte aşağıdaki üç araştırma taslağına dönüştürülmüştür.

Tez veya makalede kullanım · literatüre-review

Enterococcus faecium suşları yem işleme teknolojilerinde yüksek sıcaklık koşullarına dayanıklılık göstermektedir.

Bu makale, E. faecium bakterisinin 121 derece sıcaklıkta 20 dakika veya 100 derece sıcaklıkta 30 dakika gibi ekstrem ısıl işlemlere maruz kaldıktan sonra bile antibakteriyel aktivitesini koruduğunu gösteren ampirik verileri özetlemektedir. Bu veriler hayvancılıkta yem katkısı seçimi tartışmalarını desteklemek amacıyla literatür taramasında kullanılabilir(Liu et al., 2023).

Farklı Hayvancılık İşletmelerinden İzole Edilen Enterococcus faecium Suşlarının Biyogüvenlik Profilinin Belirlenmesi

Araştırma sorusu: Bölgesel süt sığırcılığı işletmelerinden izole edilen Enterococcus faecium suşlarının virülans gen dağılımı ve antibiyotik direnç profilleri nedir?
Yöntem taslağı: Çalışmada farklı süt sığırcılığı işletmelerinden elde edilecek izolatların genotipik karakterizasyonu yapılacaktır. Örneklem büyüklüğü veri doygunluğuna ulaşılan izolat sayısı (en az 50 bağımsız suş) ile belirlenecektir. İzolatların hyl, gelE, asa1, cylA ve esp virülans genleri polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) ile taranacak; antibiyotik dirençleri ise mikrodilüsyon yöntemiyle belirlenecektir.

Makaleyle bağlantısı: Makalenin dördüncü bölümünde, E. faecium suşlarının mastitisli inek sütlerinden ve farklı kaynaklardan izole edildiğinde taşıdığı virülans genlerinin patojeniteyi tetiklediği ve bu genlerin taranmasının hayvancılıkta kritik önemde olduğu vurgulanmıştır(Liu et al., 2023).

Tez veya makalede kullanım · literatüre-review

E. faecium suşları, sütten kesilmiş domuz yavrularında duodenal, jejunal ve ileal gelişimi destekleyerek ishal riskini azaltmaktadır.

Makalede yer alan, SF68 suşunun domuz yavrularının villus yüksekliği ile kript derinliği oranı üzerindeki olumlu etkileri, probiyotiklerin bağırsak morfolojisi üzerindeki yapısal faydalarını kanıtlamak amacıyla tez çalışmalarının literatür bölümünde doğrudan kullanılabilir(Liu et al., 2023).

Sütten Kesilmiş Kuzu Rasyonlarına Enterococcus faecium NCIMB 10415 İlavesinin Bağırsak Histomorfolojisi ve İshale Etkisi

Araştırma sorusu: Sütten kesilen kuzuların rasyonlarına farklı düzeylerde Enterococcus faecium NCIMB 10415 ilavesi, bağırsak villus yüksekliği ve ishal insidansını nasıl etkilemektedir?
Yöntem taslağı: Randomize kontrollü deneysel bir desen tasarlanacaktır. Hayvan sayısı, etik kurul onayına uygun olarak ve istatistiksel gücü sağlamak amacıyla güç analizi yapılarak belirlenecektir. Deneme gruplarına farklı düzeylerde probiyotik içeren rasyonlar verilecek; duodenum, jejunum ve ileum histomorfolojik ölçümleri mikroskopik analizle gerçekleştirilecektir.

Makaleyle bağlantısı: Makalenin giriş kısmında E. faecium SF68 suşunun domuz yavrularında bağırsak villus ve kript oranını artırarak ishali önlediği belirtilmiş ve NCIMB 10415 suşunun bağırsak sağlığı üzerindeki olumlu etkilerine değinilmiştir. Bu durumun farklı bir çiftlik hayvanı türünde doğrulanması önerilmektedir(Liu et al., 2023).

Tez veya makalede kullanım · Tartışma

Probiyotik olarak değerlendirilen bazı E. faecium suşları, patojenik nitelikte virülans genleri taşıma potansiyeline sahiptir.

Yem katkısı geliştirme çalışmalarının tartışma bölümlerinde, probiyotik olarak izole edilen bakterilerin hyl, gelE ve esp gibi virülans genleri yönünden taranmasının neden zorunlu olduğunu savunmak amacıyla makaledeki patojenite verileri referans gösterilebilir(Liu et al., 2023).

Lokal İzolat Enterococcus faecium Suşlarının Sıcaklık ve Asit Tolerans Kapasitelerinin İn Vitro Değerlendirilmesi

Araştırma sorusu: Doğal fermente gıdalardan izole edilen yerli Enterococcus faecium suşlarının 100 derece sıcaklığa ve pH 2.0 asit koşullarına karşı canlılık koruma oranları nedir?
Yöntem taslağı: İn vitro laboratuvar denemesi tasarlanacaktır. İzole edilen suşlar (güç analiziyle belirlenen yeterli replikasyon sayısında) 100 derece sıcaklıkta 30 dakika ısıl işleme tabi tutulacak ve pH 2.0/3.0 asit ortamlarında 3 saat inkübe edilecektir. Canlı hücre sayıları MRS agar plaklarında dökme plak yöntemiyle sayılarak canlı kalma oranları yüzde olarak hesaplanacak ve tek yönlü ANOVA ile analiz edilecektir.

Makaleyle bağlantısı: Makalenin 2.1 ve 2.2 bölümlerinde, E. faecium suşlarının yem işleme süreçlerindeki yüksek sıcaklıklara (100 derece ve 121 derece) ve mide asidine (pH 1.0-4.0) olan yüksek toleransının, onları diğer probiyotiklere göre üstün kılan en önemli özellikler olduğu gösterilmiştir(Liu et al., 2023).