Cel i uzasadnienie badań: Cele badań koncentrują się wokół trzech grup zagadnień, odgrywających aktualnie największą rolę w zapewnieniu dobrostanu zwierząt, warunkującego bezpieczeństwo ekonomiczne produkcji rolniczej oraz w przeciwdziałaniu występowania chorób odzwierzęcych u ludzi.

Pierwsza z nich obejmuje opracowanie szybkich i czułych metod wykrywania zakaźnych czynników chorobotwórczych mających istotne znaczenie z punktu widzenia ochrony zdrowia zwierząt i możliwości ich transmisji do organizmu człowieka. W badaniach tych uwaga będzie szczególnie skupiona na wykrywaniu patogenów odpowiedzialnych za nowo pojawiające się choroby (ang. emerging diseases, np: choroba niebieskiego języka, wirus Schmallenberg, wirus gorączki Zachodniego Nilu). Przewiduje się również udoskonalenie metod diagnostyki zakażeń czynnikami zoonotycznymi, stwarzającymi realne zagrożenie dla zdrowia człowieka np.: wirus wścieklizny, nowe warianty wirusa grypy ptaków, atypowe formy białka prionowego. W projekcie opracowane i wykorzystane będą takie techniki jak: mikromacierze DNA, multiplex PCR czy real-time PCR, umożliwiających identyfikację molekularną izolowanych patogenów, ze szczególnym naciskiem na określenie markerów patogenności z użyciem nowoczesnych metod (sekwencjonowanie, analiza metagenomiczna, analiza filogenetyczna, HMA, SSCP).

Druga grupa zagadnień dotyczy badań nad mechanizmami odpornościowymi, zwłaszcza o charakterze lokalnym (odporność błon śluzowych), w tym zmian jakim podlegają w przebiegu infekcji wirusowych i bakteryjnych, zatruć oraz pod wpływem szczepień i leków. Jak najpełniejsze poznanie mechanizmów odpornościowych nabiera szczególnego znaczenia w kontekście konieczności ograniczenia stosowania chemioterapeutyków w produkcji zwierzęcej i coraz większej oporności na nie drobnoustrojów. Wyniki tych badań przyczynią się również do opracowania bardziej efektywnych programów profilaktycznych oraz innowacyjnych leków o działaniu immunostymulującym.

Trzecia grupa zagadnień obejmuje kolejny, niezwykle ważny element w w ochronie zdrowia zwierząt – immunoprofilaktykę i wynika z konieczności opracowywania nowych generacji szczepionek.. Ze względu na szybkość szerzenia się czynników zakaźnych i skomasowanie produkcji ma to szczególne zastosowanie w odniesieniu do chorób drobiu i świń, takich jak choroba Newcastle i choroba Mareka u drobiu czy zakażenia cirkowirusami u świń. Dlatego w projekcie planuje się badania nad opracowaniem nowych generacji szczepionek (szczepionki wektorowe oraz szczepionki DNA), konstruowane w oparciu o elementy inżynierii genetycznej.

Przykładowe zadania badawcze:

• Opracowanie nowoczesnych technik diagnostycznych pozwalających na szybką identyfikację patogenów lub jednoczesne identyfikowanie wielu patogenów.
• Charakterystyka molekularna patogenów izolowanych od zwierząt w aspekcie określenia markerów patogenności oraz badań związanych z epidemiologią molekularną.
• Charakterystyka mechanizmów odpornościowych u ryb, ptaków i ssaków oraz zmian w ich funkcjonowaniu w przebiegu infekcji oraz pod wpływem stosowania wybranych leków i dodatków paszowych.
• Opracowanie leków o działaniu immunostymulującym oraz nowej generacji szczepionek opartych o elementy inżynierii genetycznej

 

Temat 1b: Badania epidemiologiczne zwierząt gospodarskich, wolno żyjących oraz środowiska jako źródeł patogenów groźnych dla człowieka i zwierząt.

Cel i uzasadnienie badań: Jednym z priorytetów UE w zakresie ochrony zdrowia zwierząt na najbliższe lata będą badania nad nowo pojawiającymi się chorobami tzw. emerging diseases, szczególnie chorobami wirusowymi, przenoszonymi przez wektory. Zagadnienie to jest o tyle ważne, że dotyczy zarówno zwierząt gospodarskich, jak i wolno żyjących. Te ostatnie stanowią słabo poznany rezerwuar różnorodnych czynników zakaźnych, groźnych dla człowieka i wielu gatunków zwierząt. Przyjmuje się, że prawie 75% nowych chorób zakaźnych, które pojawiły się u ludzi i zwierząt gospodarskich w ostatnich dwóch dekadach, pochodziło od zwierząt wolno żyjących. Szereg czynników ma wpływ na transmisję drobnoustrojów od zwierząt wolno żyjących do człowieka oraz zwierząt gospodarskich i towarzyszących człowiekowi. Większość z nich związana jest z działalnością gospodarczą człowieka. Szybki wzrost populacji ludzkiej, wycinanie lasów oraz uprawy monokultur na olbrzymich obszarach powodują niszczenie siedlisk naturalnych zwierząt i sprzyjają coraz częstszym kontaktom ludzi oraz zwierząt gospodarskich ze zwierzętami wolno żyjącymi. Zjawisku temu sprzyjają także zmiany klimatyczne, globalizacja i związane z nią przemieszczanie się na niespotykaną dotąd skalę ludzi i zwierząt, a tym samym patogenów towarzyszących, do regionów i stref klimatycznych zupełnie różnych od dotychczas zajmowanych przez nie. Prowadzi to do pojawiania się chorób, które wcześniej nigdy nie występowały na danym obszarze. Celem badań będzie rozpoznanie sytuacji u zwierząt gospodarskich, wolno żyjących, a także w środowisku bytowania zwierząt w zakresie występowania patogenów groźnych dla zdrowia ludzi oraz zwierząt gospodarskich i towarzyszących człowiekowi, a także badania nad populacjami obcych gatunków zwierząt rozmnażających się w środowisku w sposób niekontrolowany.

Przykładowe zadania badawcze:

• Ocena ryzyka transmisji ważnych ze względów epidemiologicznych patogenów, występujących u zwierząt gospodarskich, wolno żyjących oraz bytujących w środowisku człowieka i zwierząt np. (wirus wścieklizny, choroby niebieskiego języka, wirus Schmallenberg, norowirusy, wirus zapalenia wątroby typu E, Echinococcus spp., Trichinella spp., Cryprosporidium spp., Giardia lamblia, Toxoplasma gondii, bakterie z grupy Listeria),
• Ocena rozwoju i rozmnażania gatunków wolno żyjących, wymierających lub rozmnażających się w sposób niekontrolowany – stanowiących potencjalne zagrożenie epidemiologiczne i środowiskowe,

 

 

Cel 2: Zapewnienie bezpieczeństwa żywnościowego i bezpieczeństwa żywności

Temat 2a: Genetyczne i epigenetyczne podstawy doskonalenia cech produkcyjnych i funkcjonalnych oraz zdrowia zwierząt gospodarskich.

Cel badań: Celem badań jest poznanie molekularnych mechanizmów – genetycznych i epigenetycznych, determinujących fenotyp zwierząt, szczególnie w kontekście ekspresji genów wpływających na odporność/podatność na choroby, wydajność reprodukcyjną i produkcyjną zwierząt oraz jakość i wartość prozdrowotną, a także bezpieczeństwo żywności pochodzenia zwierzęcego. Powyższy cel realizowany będzie poprzez zastosowanie najnowszych metod genomiki strukturalnej i funkcjonalnej, w tym transkryptomiki, proteomiki i epigenomiki w analizie ekspresji genów ważnych z punktu widzenia rozmnażania, rozwoju i zdrowia zwierząt.

Uzasadnienie badań:wykorzystanie nowoczesnych metod biologii molekularnej do analizy ekspresji wielu tysięcy genów prowadzi do uzyskania charakterystycznych profili ekspresyjnych dla danych ras/linii użytkowych zwierząt, które następnie mogą zostać wykorzystane w nowoczesnych metodach selekcji i doboru zwierząt hodowlanych oraz ochrony ich liczebności, populacji i zdrowia. Wskazanie kluczowych genów wpływających na cechy produkcyjne oraz poznanie mechanizmów ich regulacji umożliwi w przyszłości sterowanie procesami fizjologicznymi organizmów zwierzęcych na poziomie molekularnym i tym samym uzyskanie większej wydajności i odporności.

 Przykładowe zadania badawcze:

• Genetyczne i epigenetyczne podstawy rozmnażania i rozwoju zwierząt.
• Genetyczne i epigenetyczne mechanizmy regulacji ekspresji genów związanych ze wzrostem i różnicowaniem mięśni szkieletowych, rozwojem umięśnienia zwierząt rzeznych i ryb oraz jakością mięsa.
• Genetyczne i epigenetyczne mechanizmy regulacji ekspresji genów związanych ze wzrostem i różnicowaniem gruczołu mlekowego krów, składem i jakością mleka.
• Mechanizmy odporności gruczołu mlekowego na zakażenia.

 

Temat 2b: Nutrigenomika, proteomika i metabolomika jako nowoczesne narzędzia w badaniach prozdrowotnych funkcji żywności

Cel: Celem badań jest wykorzystanie transkryptomu, proteomu i metabolomu, jako efektu globalnej analizy ekspresji genów i profilu metabolomicznego tkanek zwierząt hodowlanych, do oceny wpływu diety zawierającej związki biologicznie czynne na zdrowie i poprawę parametrów produkcyjnych zwierząt oraz jakość produktów pochodzenia zwierzęcego.

Uzasadnienie badań: Wyniki badań nad żywieniem zarówno zwierząt jak i ludzi powinny stanowić podstawę do opracowania zaleceń dietetycznych, których celem jest ochrona ich zdrowia. Poprawa cech żywności otrzymywanej z zastosowaniem nowych technologii: inżynierii genetycznej, zmienionych warunków hodowli lub zmodyfikowanych procesów przetwórczych ma na celu m.in. modyfikację zawartości składników biologicznie aktywnych o działaniu zmniejszającym ryzyko powstawania chorób dietozależnych. Nutrigenomika i metabolomika wpisują się w nurt nowoczesnych badań nad żywieniem zwierząt, mających na celu uzyskanie żywności o dobroczynnym wpływie na zdrowie człowieka. Badania oddziaływania związków biologicznie czynnych na organizmy zwierząt hodowlanych, przy wykorzystaniu nowoczesnych metod analitycznych, jest wręcz konieczne dla zagwarantowania konsumentowi – człowiekowi, produktów spożywczych o najwyższej jakości. Obecność związków biologicznie aktywnych może być bowiem czynnikiem zmniejszającym ryzyko powstawania chorób dietozależnych, wśród których najistotniejsze są otyłość, cukrzyca typu 2, dietozależne choroby nowotworowe, alergia pokarmowa czy choroby układu krążenia. Wyniki badań nutrigenomicznych i metabolomicznych mogą mieć zatem duży wpływ na projektowanie i produkcję żywności i pasz o prozdrowotnym działaniu lub suplementów diety wspomagających profilaktykę i leczenie chorób dietozależnych.

Przykładowe zadania badawcze:

• Ocena transkryptomu tkanek zwierząt hodowlanych jako odpowiedzi na zastosowaną dietę zawierającą związki biologicznie aktywne pochodzenia roślinnego.
• Badanie metabolomu, ze szczególnym uwzględnieniem metabolitów kwasów tłuszczowych n-3 i n-6 (EPA, DHA, AA) oraz flawonoidów zarówno u młodych jak starszych zwierząt.
• Opracowanie dodatków paszowych mających na celu poprawę parametrów hodowlanych zwierząt dorosłych przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej jakości uzyskanych surowców rzeźnych.
• Opracowanie modelu zwierzęcego (świnia miniaturowa) odpowiedniego do badania chorób metabolicznych, szczególnie w kontekście otyłości i cukrzycy typu 2.

 

Temat 2c. Badanie pozostałości chemicznych, w tym leków weterynaryjnych oraz zanieczyszczeń mikrobiologicznych w żywności pochodzenia zwierzęcego, paszach i środowisku

Uzasadnienie badań: Jednym z podstawowych działań zapewniających bezpieczną jakość żywności i pasz jest stała kontrola obecności substancji szkodliwych i potencjalnie chorobotwórczych pasożytów, bakterii, wirusów i prionów. Ciągłe udoskonalanie metod analitycznych i programów kontroli żywności istotnie zmniejsza zagrożenie konsumentów. Samo jednak stwierdzenie obecności jakiegoś związku chemicznego, często na granicy wykrywalności stosowanych metod czy obecności pojedynczego patogenu nie może być przyczyną dyskwalifikacji żywności. Stąd istnieje konieczność określenia wartości granicznych, bezpiecznych dla człowieka. Ważnym elementem tych badań jest rozwój nowoczesnych procedur badawczych, w tym metod wieloskładnikowych oznaczania pozostałości leków weterynaryjnych i zawartości zanieczyszczeń środowiskowych w żywności z wykorzystaniem technik chromatograficznych i spektrometrii mas oraz metod biologii molekularnej do wykrywania mikrobiologicznych zanieczyszczeń żywności i pasz.

Przykładowe zadania badawcze:

• Identyfikacja i analiza zagrożeń związanych z obecnością drobnoustrojów zoonotycznych w żywności pochodzenia zwierzęcego i paszach (Salmonella, Campylobacter, Listeria) oraz ocena źródeł i dróg transmisji tych drobnoustrojów przy pomocy technik biologii molekularnej.
• Opracowanie wieloskładnikowych procedur analitycznych o oparciu o techniki chromatograficzne i spektrometrię mas umożliwiającej jednoczesne wykrywanie i oznaczanie substancji przeciwbakteryjnych, leków weterynaryjnych, pestycydów, związków o charakterze anabolicznym w żywności i paszach
• Identyfikacja miejsca wchłaniania oraz dystrybucji nanocząstek w organizmie, oparta na modelach zwierzęcych i badaniu ich krążenia w naturalnym środowisku (nanotoksykologia).
• Rozród i zdrowie zwierząt jako indykatory skażeń środowiska (modele badawcze in vitro i in vivo).

 

Znaczenie planowanych badań na tle światowych osiągnięć w obszarze planowanej działalności naukowej

Opracowane techniki diagnostyczne w T.1a umożliwiają szybką identyfikację czynników środowiskowych, w tym zakaźnych, wywołujących istotne z ekonomicznego punktu widzenia choroby zwierząt gospodarskich i stanowiących zagrożenie dla zdrowia ludzi. Metody te zapewnią znaczący postęp w diagnozowaniu chorób o wieloprzyczynowej etiologii, szczególnie w odniesieniu do chorób układu pokarmowego i oddechowego u bydła, drobiu i świń. Pozwoli to na szybszą i kompleksową diagnostykę zachorowań w stadzie oraz monitorowanie stanu zdrowia zwierząt w kierunku wielu patogenów jednocześnie. Planowane badania w T.1b umożliwią ocenę występowania zakażeń wymienionymi wirusami w krajowej populacji zwierząt dziko żyjących, ze szczególnym uwzględnieniem oceny ich roli jako rezerwuaru wirusów i wektora dla ludzi oraz zwierząt gospodarskich i towarzyszących człowiekowi. Opracowane zostaną metody diagnostyczne pozwalające na szybkie wykrycie i identyfikację wirusów oraz sposoby zapobiegania ich transmisji do populacji ludzi oraz zwierząt gospodarskich. Badania w ramach T.1 przyczynią się to do zmniejszenia strat ekonomicznych, zwiększając opłacalność produkcji zwierzęcej.

Naukowym efektem proponowanych badań w T.2a będzie poznanie molekularnych mechanizmów, genetycznych i epigenetycznych determinujących fenotyp zwierząt gospodarskich, szczególnie w kontekście ekspresji genów wpływających na cechy ważne z punktu widzenia hodowców bydła i świń, cechy reprodukcyjne i produkcyjne oraz inne cechy bezpośrednio z nimi związane, np. zdrowie zwierząt. Badania przyczynią się do racjonalnego wyboru genetycznych markerów cech reprodukcyjnych i produkcyjnych, co bezpośrednio przełoży się na wydajności i jakość produktów pochodzenia zwierzęcego, oraz podatność/odporność zwierząt na choroby. Poszukiwania markerów genetycznych u zwierząt gospodarskich są prowadzone dość intensywnie, jednakże, ze względu na niewielką znajomość molekularnych mechanizmów oddziaływań genotyp-fenotyp, ich postęp jest bardzo ograniczony. Nasze badania mają tę lukę wypełnić, przyczyniając się do racjonalnego, opartego na znajomości podstawowych mechanizmów biologicznych, wyboru genetycznych markerów cech reprodukcyjnych i produkcyjnych zwierząt. Pod tym względem będą to badania pionierskie i całkowicie oryginalne.

Wyniki badań z obszaru nutrigenomiki i metabolomiki (T.2b) dostarczą cennych informacji dotyczących poznania skomplikowanych interakcji pomiędzy składnikami diety, polimorfizmem genetycznym oraz całym ustrojem. Wagę badań podnosi fakt, że będą one prowadzone nie tylko na zwierzętach laboratoryjnych, ale przede wszystkim na świniach. Jak wykazano dotychczas, świnie są bardzo dobrym modelem badawczym w odniesieniu do organizmu człowieka, stąd wyniki badań żywieniowych i metabolomicznych powinny przekładać się na opracowanie zaleceń dietetycznych, których celem jest zapobieganie chorobom oraz propagowanie zdrowego stylu życia. Celem głównym badań nutrigenomicznych jest personalizacja zaleceń dietetycznych, stąd wykrycie określonych alleli, które mogą zwiększać ryzyko wystąpienia zaburzeń metabolicznych można wykorzystać w skutecznej profilaktyce chorób metabolicznych. Dotychczas, wyniki badań wprowadzane były w życie jako zalecenia żywieniowe. Mimo, iż na rynku znajduje się wiele suplementów diety oraz dodatków paszowych, to liczne badania dowodzą jednak, że zalecenia żywieniowe nie przynoszą spodziewanych efektów u wszystkich osobników. Tym samym i przyjmowanie suplementów nie u wszystkich daje pożądane rezultaty. Nutrigenomika i metabolomika posługuje się nowoczesnymi metodami analitycznymi mogącymi dostarczyć bardzo wielu danych. Zastosowanie nowoczesnych narzędzi (spektrometria mas, mikromacierze DNA, qRT-PCR, immunometria) do uzyskiwania informacji na temat wpływu diety na zdrowie lub na poprawę parametrów hodowlanych zwierząt przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej jakości produktów pochodzenia zwierzęcego jest całkowicie nowatorskie. Spodziewanym efektem praktycznym badań nutrigenomicznych i metabolomicznych będzie: (a) opracowanie składu preparatów dla nowonarodzonych zwierząt, które zmniejszałyby skutki stresu okołoodsadzeniowego oraz poprawiałyby parametry hodowlane tych zwierząt, (b) modyfikacja diety zwierząt gospodarskich poprawiająca ich kondycję zdrowotną, a jednocześnie pozwalająca uzyskać surowce rzeźne zawierające związki o prozdrowotnym działaniu dla człowieka, (c) ocena bezpieczeństwa produktów spożywczych, które wykazywałyby właściwości prozdrowotne w doświadczeniach in vitro i in vivo. Badania prowadzone przez uczestników Konsorcjum są publikowane w renomowanych czasopismach naukowych i charakteryzują się wysokim współczynnikiem cytowań.