Microbiomul nazal natural conferă protecție antivirală cu spectru larg

Extinderea rapidă a industriei porcine a crescut eficiența producției de carne, însă a amplificat și riscul bolilor infecțioase. Sistemele de creștere intensivă, caracterizate prin densitate mare, spațiu limitat și condiții de stres fiziologic, favorizează transmiterea și mutațiile agenților patogeni, compromițând sănătatea și bunăstarea animalelor. În acest context, cercetătorii explorează modele alternative de creștere, în special sistemele de creștere în aer liber, care promovează comportamente naturale, diversitate microbiană și o mai bună imunitate a mucoaselor.
Un studiu complex a identificat un nou mecanism antiviral natural la porcii crescuți în aer liber, asociat cu colonizarea mucoasei nazale de către tulpina Bacillus subtilis NS12. Această bacterie secretă compuși cu proprietăți antivirale puternice, inclusiv o variantă unică de surfactină și fenolul piceatanol, capabile să blocheze pătrunderea virusurilor respiratorii în celulele gazdă.

Creșterea în aer liber este asociată cu o scădere semnificativă a infecțiilor respiratorii la porci, potrivit studiilor efectuate în opt țări europene. Examinările anatomopatologice din Danemarca și Suedia au confirmat o prevalență mult mai mică a pneumoniilor infecțioase la animalele cu acces continuu în exterior comparativ cu cele crescute în adăposturi închise.

Aceste beneficii par a fi mediate prin diversificarea microbiomului mucoaselor. Porcii crescuți afară sunt expuși unui spectru mai larg de microorganisme din sol, plante și aer, ceea ce duce la o compoziție microbiană mai complexă la nivelul nasului și intestinului. Microbiomul mucoaselor – inclusiv cele cutanate, intestinale și respiratorii – joacă un rol esențial în apărarea biologică, menținerea echilibrului imun și integritatea barierei epiteliale. Dintre bacteriile protectoare, genurile Bifidobacterium, Lactobacillus și Akkermansia sunt deja recunoscute pentru efectele lor benefice.

La nivel respirator, microbiomul nazal acționează ca o primă linie de apărare împotriva virusurilor precum virusul sindromului respirator și reproductiv porcin (PRRSV), virusul gripei porcine (SIV) sau virusul pseudorabiei (PRV). Controlul acestor infecții este dificil din cauza variabilității antigenice și a eficacității limitate a vaccinurilor. Astfel, identificarea de probiotice respiratorii naturale cu activitate antivirală reprezintă o direcție strategică pentru sănătatea animalelor și sustenabilitatea industriei.

Despre studiu

O echipă de cercetători a comparat porcii crescuți în aer liber cu cei crescuți în adăposturi complet închise, analizând prevalența agenților patogeni respiratori și structura microbiomului nazal. Au fost utilizate metode de secvențiere a genei 16S rRNA, modele statistice multivariate și analize de corelație între microbiom și încărcătura virală.

Rezultatele epidemiologice

• 86,5% dintre probele de la porcii crescuți afară au fost negative pentru agenți virali, comparativ cu doar 32,4% în cazul celor crescuți în interior.
• Virusurile dominante la porcii din adăposturi au fost PRRSV (41%) și SIV (36%), urmate de PEDV (23%).
• Probele pozitive la B. subtilis au prezentat o scădere semnificativă a detecției virale (25,6% față de 90,3% în absența acesteia).

Analizele de diversitate microbiană (ACE și Simpson) au arătat o bogăție taxonomică superioară în grupul crescut în aer liber, cu creșteri notabile în Firmicutes și Actinobacteria, și scăderi în Proteobacteria. Dintre speciile benefice, Bacillus s-a dovedit a fi corelat negativ cu prezența virusurilor respiratorii, sugerând un rol protector al acestei bacterii.

Rezultate experimentale

Izolarea și caracterizarea tulpinii B. subtilis NS12

Au fost izolate 14 tulpini de B. subtilis din mucoasa nazală a porcilor cu acces la exterior. Toate erau bacili Gram-pozitivi, sporulați, cu morfologie caracteristică. Analizele filogenetice au arătat o similitudine de 96–99,6% cu tulpina de referință, iar tulpina NS12 a fost selectată pentru activitatea antivirală puternică și aderența crescută la epiteliul nazal.

Activitate antivirală largă

Testele in vitro au arătat că NS12 inhibă eficient replicarea a patru virusuri majore: PEDV, PRV, PRRSV și SIV. Activitatea antivirală a fost confirmată prin RT-qPCR, Western blot și teste de plăci virale. Tulpina a demonstrat capacitatea de a persista în mucoasa nazală timp de 1–2 săptămâni după administrare intranazală, indicând o colonizare stabilă.

În experimentele in vivo pe purcei și șoareci, administrarea intranazală de NS12 a redus semnificativ febra, leziunile pulmonare și încărcătura virală, crescând supraviețuirea în infecțiile cu PRRSV și PRV. În cazul infecției cu PEDV, tratamentul a prevenit complet manifestările clinice și afectarea intestinală.

Mecanismele antivirale

Activitatea antivirală nu a fost asociată celulelor bacteriene, ci metaboliților secretați de NS12. Supernatantul de cultură a rămas activ chiar după autoclavare, indicând o stabilitate termică ridicată. Analiza chimică a identificat doi compuși principali:

• Surfactina – un lipopeptid ciclic biosurfactant cu proprietăți antivirale; varianta produsă de NS12 conține două noi omologi C16 și C17, cu toxicitate redusă și activitate antivirală superioară.
• Piceatanolul – un compus fenolic derivat din clasa stilbenelor, cu activitate antivirală directă prin inhibarea fuziunii dintre membranele virale și cele celulare.

Mecanismul de acțiune al compușilor antivirali

Surfactina

Surfactina NS12 interferează cu procesul de fuziune virală, împiedicând virusurile învelite să pătrundă în celulele gazdă. Structura sa amfifilică, formată dintr-un inel heptapeptidic și lanțuri de acizi grași, conferă o stabilitate chimică excepțională și o activitate antivirală la temperaturi scăzute (până la 4°C). NS12 produce cantități semnificative de surfactină (0,845 g/L) chiar și în condiții standard, fără medii speciale de cultură.

Piceatanolul

Metabolitul piceatanol a demonstrat o activitate antivirală puternică la concentrații sub 10 μM, acționând prin blocarea procesului de fuziune membranară al virusurilor învelite, fără a deteriora structura învelișului viral. Experimentele cu simulări moleculare au arătat că piceatanolul pătrunde adânc în stratul fosfolipidic al membranei virale și interacționează cu legăturile duble ale acizilor grași, modificând fluiditatea și rigiditatea membranei și împiedicând unirea cu membrana celulei gazdă.

Administrarea nazală de piceatanol la șoareci a redus mortalitatea în infecțiile cu PRV cu până la 66,7% și a eliminat complet semnele histopatologice de inflamație cerebrală și pulmonară. Simulările de dinamică moleculară au arătat o energie de legare mai mică pentru piceatanol (−179,78 kcal/mol) comparativ cu resveratrol (−172,85 kcal/mol), indicând o afinitate superioară pentru lipidele virale.

Interpretări

Rezultatele evidențiază o relație directă între expunerea la mediul natural și rezistența antivirală a mucoaselor respiratorii. Diversitatea crescută a microbiomului, în special colonizarea cu B. subtilis, îmbunătățește răspunsul imun mucosal și reduce prevalența infecțiilor virale. Spre deosebire de probioticele intestinale clasice, tulpina NS12 acționează local, prin metaboliți secretați care formează o barieră antivirală directă la nivelul mucoasei nazale.

Descoperirea acestei tulpini și a compușilor asociați – surfactina modificată și piceatanolul – oferă o strategie inovatoare, ecologică și sustenabilă pentru combaterea bolilor respiratorii la animale. Mecanismul bazat pe interacțiunea cu lipidele învelișului viral reduce riscul de apariție a rezistenței, întrucât structura lipidică derivă din membranele celulei gazdă.

Concluzii

Tulpina Bacillus subtilis NS12 izo­lată din mucoasa nazală a porcilor crescuți în aer liber demonstrează o activitate antivirală largă și eficientă, bazată pe secreția unor compuși stabili și siguri – surfactina și piceatanolul. Aceștia acționează prin blocarea fuziunii virale cu membranele celulare, prevenind infecția și răspândirea agenților patogeni respiratori.

Prin potențialul său de colonizare stabilă a mucoasei și producția de metaboliți antivirali naturali, B. subtilis NS12 reprezintă un candidat probiotic promițător pentru dezvoltarea unor terapii de prevenție în medicina veterinară și, posibil, în medicina umană. Într-un context global în care rezistența la antibiotice și limitele vaccinării devin tot mai evidente, această abordare oferă o alternativă biologică inovatoare pentru protecția sănătății respiratorii.