top of page

Czynniki chorobotwórcze i rodzaje odporności

Czynniki biotyczne i abiotyczne

To właśnie czynniki środowiskowe wpływają na rozwój i przebieg chorób zakaźnych i pasożytniczych. Możemy je podzielić na czynniki egzogenne i endogenne.

Czynniki egzogenne

Wśród tych czynników, dominującymi parametrami są temperatura i wilgotność względna. Jak wiadomo, wyższe temperatury sprzyjają rozprzestrzenianiu się i rozwojowi chorób zakaźnych. Dla ciekawostki, podam, że nasilenie zgnilca złośliwego występuje w miesiącach o najwyższej średniej temperaturze. To zjawisko działa także w drugą stronę. Przy niskich temperaturach istnienie ryzyko zaziębienia czerwia, ułatwia także rozwój kiślicy i sprzyja występowaniu grzybic. Na szczęście, jest też druga strona medalu. Podwyższenie lub też spadek temperatury poniżej pewnych wartości granicznych wpływa hamująco na rozwój niektórych patogenów. Nosemoza (zwana nosemą apis) nie rozwija się w organizmie zakażonych pszczół w temp. poniżej 10* i powyżej 37* C. Duży wpływ na rozwój wszelakich chorób i przebieg epizoocji mają także zakażenia mieszane. Obserwuje się często występowanie choroby woreczkowej i zgnilca złośliwego, a także zgnilca złośliwego w parze z kiślicą.

Czynniki endogenne

Wśród tych czynników najważniejsze rolę odgrywa sprawność mechanizmów obronnych, biorących udział w odporności fizjologicznej i populacyjnej. 

Owady w przeciągu kilku tysięcy lat, w czasie ciągłej ewolucji wykształciły zespół mechanizmów obronnych. Ich zadaniem jest nie dopuszczenie do zakażenia całego organizmu oraz likwidacja czynnika zakaźnego, który wniknął do ustroju zaraz po przełamaniu barier ochronnych. Takie bariery ochronne jak specyficzna budowa okrywy ciała, przewodu pokarmowego i układu oddechowego nie wystarczą, aby zatrzymać całkowicie ataki z zewnętrznego środowiska naturalnego. Wciąż wiele zarazków przenika do hemocelu. Wirusy, bakterie, grzyby, robaki i pierwotniaki po wniknięciu do środka ustroju i krwioobiegu rozmnażają się, pasożytują w hemolimfie, a także uszkadzają i zakażają narządy i tkanki owada. Dwie grupy mechanizmów obronnych hamują takie działania. Są to:
a) odporność komórkowa,
b) odporność humoralna.

Reakcja obronna odporności komórkowej jest wycelowana przeciwko wszystkim rodzajom mikroorganizmów i pasożytom, a także przeciw wszystkim rodzajom ciał obcych, które przedostają się do krwioobiegu.
Odporność humoralną cechuje mała swoistość i nie jest związana z występowaniem globulina odpornościowych. Pod kątem charakteru odporność u pszczół dzielimy na 2 rodzaje:
- odporność fizjologiczną (naturalną),
- odporność nabytą.
Odporność naturalna cechuje się tym, że jej wszystkie mechanizmy od razu ujawniają się przy pierwszym zetknięciu owada z zarazkami. Jest ona uwarunkowana genetycznie oraz wpływem warunków środowiska, w jakim bytują pszczoły. Odporność naturalna jest zależna od:
a) rasy,
b) wieku,
c) stadium rozwojowego owada.

Istnieją na przykład rasy odporne na zgnilec złośliwy, Tylko czerw choruje na zgnilec, kiślicę, chorobę woreczkową i grzybicę otorbielakową. Zupełnie odwrotne zjawisko obserwuje się w chorobie zarodnikowcowej i roztoczowej, kiedy to tylko dorosłe pszczoły chorują. Odporność naturalną jest odpornością względną, dlatego, że jej mechanizmy mogą zostać pokonane przy ataku dużej dawki wysoko zjadliwych zarazków.
Ciekawostką jest to, że odporność związana jest ściśle z wiekiem pszczół, tzn. występuje przy chorobie zarodnikowcowej i roztoczowej. Pszczoły mając już ponad 10 dni są odporne na zakażenie tchawek Acarapis Woodi, a na chorobę zarodnikowcową choruję tylko pszczoły w podeszłym wieku. Mechanizmami obronnymi, zaliczającymi się do odporności naturalnej są:
o specyficzna budowa i właściwości okrywy ciała, przewodu pokarmowego i układu oddechowego,
o mechanizmy hamowania zakażeń w przewodzie pokarmowym i hemocelu,
o odczyn hemocytarny,
o występowanie niespecyficznych substancji o działaniu antybakteryjnym, przeciwgrzybiczym i przeciwpasożytniczym w płynach, tkankach i wydzielinach zdrowych owadów.

Opisanie poszczególnych mechanizmów

A. Okrywa ciała
Okrywa ciała jest bardzo ważna, ponieważ jest to pierwsza bariera ochronna zawierająca substancje przeciwbakteryjne i przeciwgrzybiczne. Dodatkowym atutem tej bariery jest specyficzna budowa anatomiczna. Ciało owada, w tym też oczywiście pszczoły jest pokryte jednowarstwowym oskórkiem, którego komórki wytwarzają, albo raczej budują zewnętrzną warstwę oskórka martwego. Ta stwardniała warstwa chroni owada przed wpływem czynników zewnętrznych. Bezpośrednią ochroną jest impregnowana chityna i substancje odżywcze. Chityna, która jest substancją polisacharydową chroni pszczołę przed działaniem wielu enzymów bakteryjnych. Tylko drobnoustroje i grzyby wytwarzające chitynazę mają zdolność przenikania przez schitynizowany oskórek. Kolejną ciekawostką jest to, że w okrywi ciała pszczoły występują naturalne nienasycone kwasy tłuszczowe –karowy, karylowy i kapronowy- o mocnych właściwościach bakteriobójczych i grzybobójczych.

B. Przewód pokarmowy
W przewodzie pokarmowym ochronę stanowi(ą):

• nabłonek wyścielający jelito środkowe,
• nieprzepuszczalna warstwa schitynizowanej kutikuli,
• pokrywający nabłonek jelita przedniego i tylnego,
• błony perytroficzne wyścielające jelito środkowe,
• zmiany kwasowości i potencjału oksydo – redukcyjnego różnych odcinków przewodu pokarmowego,
• pokrywający drogi pokarmowe śluz,
• enzymy trawienne,
• naturalna flora bakteryjna.

Ściany jelita są okryte błonami trawiennymi, które zapobiegają zranieniu poprzez twarde części pokarmu oraz uszkodzeniom przez mikroorganizmy (znajdujące się w przyjmowanym pokarmie). Działanie antybakteryjne w przewodzie pokarmowym występuje również dzięki zmianom odczynu soku trawiennego oraz dzięki enzymom trawiennym (proteza, lipaza i karbohydraza).
Drobnoustroje występujące naturalnie w przewodzie pokarmowym zwalczają nacierające do środka zarazki, ich wydzielony hamują namnażanie i rozwój złych bakterii. Naukowcy stwierdzili, że niekiedy brak pewnych substancji w pożywieniu także chroni pszczoły przed zakażeniem. W badaniach wykazano, że świeżo wygryzione pszczoły pozbawione białka w pokarmie nie są podatne na zarażenie Nosema Apis. Wzrost poziomu odporności czerwia na zgnilec złośliwy jest związany m. in. ze:

P. wzrostem stężenia cukrów redukujących w jelicie środkowym,
R. zmianami potencjału oksydo – redukcyjnego treści pokarmowej,
S. różnicami w pożywieniu.

C. Układ oddechowy

W układzie oddechowym, cechami dominującymi i zarówno broniącymi przed chorobami są:

a) swoista, anatomiczna budowa tchawek,
b) otoczenie przetchlinek pokrytych włoskami,
c) silna chitynizacja dróg oddechowych.

Stwardniałe włoski otaczające przetchlinki pierwszej pary w sposób mechaniczny nie pozwalają wnikanie do tchawek wcześniej wspomnianego Acarapis woodi.

 Biotechnologia w służbie weterynarii?

Piotr Nowotnik jest doktorantem IV roku kształcenia w Szkole Doktorskiej UPWr w dyscyplinie weterynaria. Z wykształcenia jest biotechnologiem i specjalistą w mikrobiologii. W swojej karierze naukowo-zawodowej już od początku lat akademickich w Szkole Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie zajmował się badaniem zjawiska przeciwdrobnoustrojowości i oporności patogenów środowiskowych na różne czynniki przeciwbakteryjne. Od kilku lat jego obiektem zainteresowań naukowych jest wykorzystanie metabolitów funkcjonalnych w tym bakteriocyn, wytwarzanych przez bakterie, należące zwłaszcza do gatunków probiotycznych. 

 

Brak skutecznych rozwiązań produktowych na rynku do prewencji przed rozwojem zakażeń u zwierząt gospodarskich, niestabilny status administracyjno-prawny zwierzęcych chorób zakaźnych, ryzykowne praktyki wśród hodowców zwierząt gospodarskich pogłębiające problematykę chorób, wzmożone zainteresowanie produktami naturalnymi o charakterze celowanych biopreparatów mikrobiologicznych o podwyższonej zawartości metabolitów, unijna polityka nakazująca drastyczne zmniejszanie zużycia antybiotyków i środków przeciwdrobnoustrojowych oraz niewykorzystany potencjał biotechnologii i mikrobiologii w zwalczaniu i profilaktyce chorób zwierząt gospodarskich stanowiły genezę i wyzwania badawcze, które przyczyniły się do podjęcia przez doktoranta odpowiednich badań. 

 

Widząc niewykorzystany potencjał biotechnologii i mikrobiologii w medycynie weterynaryjnej a także pogłębiające się problemy zdrowotne i zakażenia bakteryjne u zwierząt gospodarskich podjął decyzję o próbie wykorzystania probiotechnologii w naukach weterynaryjnych. W ramach doktoratu wdrożeniowego we współpracy z firmą ProBiotics Polska, w której zawiaduje Działem Badań i Rozwoju opracowuje pierwszy w Europie preparat metaboliczny - synbiotyczny o podwyższonym potencjale przeciwdrobnoustrojowym, zmniejszającym presję bakterii Paenibacillus larvae na fizjologiczny mikrobiom larw rodzin pszczelich, przerywając w ten sposób łańcuch zakażeń i częstotliwość występowania ognisk zgnilca amerykańskiego w pasiekach. Problemem badawczym do rozwiązania było zmniejszenie presji zgnilca amerykańskiego w rodzinach pszczelich poprzez wspieranie rozwoju mikrobiomu larw pszczoły miodnej, konkurującego i blokującego nadmierne namnażanie się i wytwarzanie endospor P. larvae oraz sprawdzenie wrażliwości komórek wegetatywnych P. larvae na substancje biologicznie aktywne, ukonstytuowanych na drodze procesów biotechnologicznych z wykorzystaniem użytych komponentów. Celem badawczym i kamieniami milowymi do osiągnięcia były: 

  1. wzmocnienie mikrobiomu larw i dorosłych osobników pszczoły miodnej;

  2. wyeliminowanie rozprzestrzeniania się bakterii P. larvae (przerwanie łańcucha zakażeń);

  3. opracowanie sposobu, dawkowania i drogi podania preparatu z uwzględnieniem elementów praktyki pszczelarskiej;

  4. ograniczenie wzrastającej liczby terenów zapowietrzonych i skutecznie zredukowanie rozszerzających się ognisk zakaźnych;

  5. opracowanie i dostarczenie nowego, kontaktowego synbiotyku o wysokim potencjale przeciwdrobnoustrojowym dla pszczół, zabezpieczającego przed zakażeniem bakterią Paenibacillus larvae wywołującą zgnilec amerykański w rodzinach pszczelich;

Piotr Nowotnik jako jedyny w Polsce, po pozytywnym zaopiniowaniu wniosku przez Instytut Weterynarii – PIB w Puławach uzyskał zgodę Głównego Lekarza Weterynarii na przeprowadzanie badań terenowych z udziałem zakażonych rodzin pszczelich. Specjalna, fermentowana formuła preparatu, stosowana w formie prewencyjnej przez pszczelarzy, będzie zawierała killerowe szczepy probiotyczne i komponenty roślinne pochodzące z polskich lasów i łąk. 

Opiekę promotorską sprawuje Pan Profesor dr hab. Paweł Chorbiński z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu (będący też lekarzem weterynarii) wspierając doktoranta we wszystkich działaniach metodologicznych i aplikacyjnych. Praca doktorska oraz realizacja metodologii jest wspierana również przez Pana Profesora dr hab. Pawła Migdała z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu i Pana Doktora Bogusława Górskiego z firmy ProBiotics Polska. Dużą rolę w kontroli jakości oraz w przygotowywaniu szczepów bakteryjnych do dalszych analiz odegrał Zespół Mikrobiologów z Instytutu Technologii Mikrobiologicznych w Turku na czele z Panem Michałem Świątkiem oraz Dyrektor ITM - Panią Małgorzatą Stefańską-Jońca.

 

Doktorat ten składał się z 23 zadań obejmujących badania laboratoryjne in-vitro, badania terenowe  in vivo oraz prace przedwdrożeniowe. Pierwsze zadania obejmowały selekcję i dobór komponentów biologicznie czynnych, oznaczenie aktywności przeciwdrobnoustrojowej składników oraz ich połączeń wobec zgromadzonych izolatów różnych genotypów bakterii Paenibacillus larvae z wykorzystaniem 3 odmiennych, światowych protokołów i standardów – EUCAST, CLSI oraz NCCLS. Piotr Nowotnik sprawdził również synergię pomiędzy użytymi składnikami i dowiódł, że użyte komponenty nie wykluczają się wzajemnie i nie ograniczają swojego działania. Następnie realizacja zadań przeniosła się do przemysłu gdzie we współpracy z dr inż. Bogusławem Górskim opracowywał zgodnie z harmonogramem preformulacje pilotażowego preparatu w 20, 100, 1000 i 10 000 litrów, sprawdzając po każdym skalowaniu właściwości biologiczne, jakość, stabilność i aktywność przeciwdrobnoustrojową prototypu nowego wyrobu metaboliczno-mikrobiologicznego. Równolegle do tego odbywały się eksperymentalne prace rozwojowe, gdzie preparat podawany był do ponad 64 pasiek podstawowych i 98 pasiek rezerwowych obejmując w ten sposób diagnostyką i programem badawczym ponad 400 rodzin pszczelich w Polsce i zagranicą. Doktorant dowiódł, że preparat ogranicza i zapobiega infekcjom w ulach co przejawiało się logarytmicznym spadkiem patogennych przetrwalników i bakterii wegetatywnych o 3-4 rzędy logarytmiczne przy użyciu metod biologii molekularnej. Opracowany preparat jest w pełni bezpieczny, ekologiczny, nie wykazuje toksyczności dla pszczół ani środowiska. Podawany będzie w formie dodatku do pokarmu lub poprzez nakraplanie uliczek międzyramkowych obsiadanych przez pszczoły w ulu. Rejestracja została ukierunkowana na mieszankę paszowo-uzupełniającą. 

Dużą rolę w kontroli jakości oraz w przygotowywaniu szczepów bakteryjnych do dalszych analiz odegrał Zespół Mikrobiologów z Instytutu Technologii Mikrobiologicznych w Turku na czele z Panem Michałem Świątkiem oraz Dyrektor ITM - Panią Małgorzatą Stefańską-Jońca.

 

Po zakończeniu doktoratu we wrześniu tego roku, Piotr Nowotnik nie planuje kończyć swojej przygody z medycyną weterynaryjną, lecz przeciwnie – jego misją jest prowadzenie biotechnologii w służbie weterynarii. Następny plan przyszłego doktora to opracowanie linii kolejnych, spersonalizowanych, celowanych preparatów mikrobiologicznych o podwyższonej zawartości metabolitów z możliwością zastosowania u innych gatunków zwierząt gospodarskich. 

 

Badania realizowane w ramach pracy doktorskiej jak i te późniejsze zaplanowane przez Piotra Nowotnika przyczynią się do: poprawienia bezpieczeństwa żywności (w przypadku tematyki doktoratu również do ochrony rodzin pszczoły miodnej i poprawienia zapylania upraw), zmniejszenia stosowania antybiotyków i środków przeciwdrobnoustrojowych w produkcji zwierzęcej, ale również do zmniejszenia stresu środowiskowego co przełoży się na wspieranie, podnoszenie i poprawę dobrostanu zwierząt gospodarskich. Efekty wypracowane w ramach prac badawczo-rozwojowych są zgodne z aktualnymi dyrektywami i programami Komisji Europejskiej oraz Europejskiego Urzędu ds. Bezpieczeństwa Żywności i będą się skupiały wokół nowej definicji bioasekuracji. 

Business Title

fot. Marek Gacka
fot. Marek Gacka
fot. Marek Gacka
fot. Piotr Nowotnik

©2020 by Pasieka Michałów. Proudly created with Wix.com

bottom of page