Регуляция микробиома желудочно-кишечного тракта и метаболизма в организме у телят
Микробиом желудочно-кишечного тракта оказывает определенное влияние на иммунометаболический статус роста и развития телят. На качественный и количественный состав кишечной микробиоты влияют различные факторы, которые включают внутренний гомеостаз кишечника, состав рациона, уровень обеспеченности питательными веществами.
Важное значение в регуляции формирования и колонизации желудочно-кишечного тракта приобретают кормовые добавки на основе пробиотических микроорганизмов. Введение телятам пробиотиков способствует формированию полезной кишечной микробиоты, поддерживает стабильность микробиоты и подавляет рост патогенов. При этом наиболее целесообразно и эффективно применение пробиотиков у телят молочного периода.
Lactobacillus и Bifidobacterium — представители семейств, которые обитают в пищеварительном тракте животных. Следует отметить, что ведущая функция пробиотических микрорганизмов заключается в восстановлении и поддержании нормальной микробиоты желудочно-кишечного тракта, что существенно влияет на колонизацию биотопа случайной или условно-патогенной микрофлорой.
Определяя биологически активную добавку или определенный препарат для регуляции кишечного микробиома, следует учитывать основные штаммы типичной микрофлоры желудочно-кишечного тракта. В связи с этим в кормлении животных приоритетное место продолжают занимать пробиотики на основе живых клеток молочнокислых бактерий родов Lactobacillus и Bifidobacterium, ключевая роль которых в функциональной активности физиологического биоценоза кишечника и в регуляции его состава убедительно доказана.
Лактобактерии представляют основную массу облигатной микрофлоры желудочно-кишечного тракта у телят молочного периода выращивания. Их антагонистическое действие в отношении патогенных бактерий, гнилостной и газообразующей флоры обусловлено выделением молочной кислоты.
Установлено в ряде исследований, что Lactobacillus подавляют в кишечнике рост бактерий Klebsiella pneumonia, Proteus vulgaris, Pseudomonas aeruginosa, P. fluorescens, Salmonella typhimurium, Salmonella schottmuelleri, Sarcina lutea, Shigella dysenteriae, Shigella paradysenteriae, Serratia marcescens, Staphylococcus aureus, Streptococcus faecalis, Streptococcus lactis, а также способствуют регуляции баланса микробных популяций и стимулируют рост нормальной микрофлоры кишечника.
Показано, что молочная кислота, которую лактобактерии продуцируют в процессе метаболизма, способствует более полному усвоению железа, фосфора, кальция. В организме животных в аэробных условиях происходит реакция превращения молочной кислоты в пировиноградную и активную уксусную, расходуемых далее в различных метаболических процессах (в цикле лимонной кислоты, в синтезе жирных кислот, синтезе холестерина, стероидных гормонов).
Основная масса бифидобактерий локализуется в толстом отделе кишечника организма животных, являясь основной пристеночной и просветной микрофлорой. Установлено, что бифидобактерии являются антагонистами по отношению к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам, участвуют в реакциях регуляции пищеварения, активации моторики желудочно-кишечного тракта, утилизация пищевых субстратов и активация пристеночного пищеварения, в синтезе аминокислот и белков, витамина К, пантотеновой кислоты, витаминов группы В, нейропептидов, оксида азота, антиоксидантов, гормонов.
Кроме того, им свойственны усиление процессов всасывания через стенки кишечника ионов кальция, калия, хлора, цинка, витамина D, регуляция электролитного и кислотно-щелочного баланса; активация специфического и неспецифического иммунитета, индукция синтеза лизоцима, иммуноглобулинов, интерферона. Как естественный биосорбент, они способны аккумулировать значительное количество токсических продуктов, включая металлы, фенолы, яды растительного, животного и микробного происхождения, другие ксенобиотики, препятствуют распаду секреторного иммуноглобулина (Ig A), стимулируют интерферонообразование и выработку лизоцима.
Научные исследования подтверждают, что использование спорообразующих бактерий, особенно рода Bacillus, в рационах животных способствует пробиотическому эффекту за счет их высокой ферментативной активности. Bacillus subtilis выделяется среди других бактерий благодаря своим ключевым биохимическим характеристикам, включая возможность окисления окружающей среды и производство антибиотиков. Эти особенности позволяют данному виду бактерий успешно сдерживать развитие различных условно-патогенных и патогенных микроорганизмов, таких как дрожжевые грибки, сальмонеллы, протеи, стрептококки и стафилококки. Антимикробный потенциал делает Bacillus subtilis ценным средством в борьбе с инфекциями и поддержании здоровой микробной экосистемы.
Важным фактором регуляции микробиома желудочно-кишечного тракта телят и метаболизма организма является разработка кормовых добавок, препаратов и средств, позволяющих повысить не только естественную резистентность и сохранность новорожденных телят, а также увеличить продуктивность молодняка. Это позволяет в дальнейшем получить хорошо развитых телочек для воспроизводства молочного стада и бычков для интенсивного выращивания на мясо.
Поиск наиболее эффективных средств профилактики и лечения заболеваний новорожденных телят, повышение их продуктивности являются приоритетными задачами, стоящими перед животноводческой отраслью на современном этапе его развития.
Современный пробиотический препарат должен содержать комбинацию совместимых микроорганизмов с доказанными пробиотическими свойствами, которые продуцируют молочную кислоту, бактериоцины и другие активные метаболиты. Эти микроорганизмы должны обладать способностью к росту и колонизации, что позволяет им стать временными или постоянными обитателями кишечника или других микроэкологий на период профилактики и лечения.
Цель исследований — регуляция формирования микробиома желудочно-кишечного тракта и метаболизма организма телят с применением биологически активных добавок на основе пробиотических микроорганизмов.
Материалы и методы исследования
Исследования по разработке биологически активных добавок проводились в лаборатории ветеринарной медицины и биотехнологии Курского федерального аграрного научного центра в 2023–2024 гг.
Была разработана биологически активная добавка (БАД 1), содержащая в своем составе пробиотические микроорганизмы B. bifidum штамм-1 и L. plantarum 8Р-А3, их структурные компоненты и активные метаболиты, которую применяли новорожденным телятам (3–42 сут.) для формирования микробиома желудочно-кишечного тракта.
Для регуляции метаболизма телят молочного периода развития (42–90 сут.) была разработана новая биологически активная добавка (БАД 2) на основе пробиотического микрорганизма B. subtilis штамм DSM-32424.
Биологически активную добавку получали в условиях лаборатории ветеринарной медицины ФГБНУ «Курский ФАНЦ» путем культивирования пробиотических микроорганизмов, разработанную и приготовленную из пророщенного зерна овса голозерного сорта Немчиновский с добавлением 10% мелассы свекловичной, в которую вносили пробиотические микроорганизмы, предварительно стандартизировали до 1 × 106 КОЕ/см3. и вносили из расчета 4 мл на 1 л.
Микроорганизмы культивировали в течение 14 суток в термостате КВСG 100/250 (Premed, Польша) при температуре 37±1 °С.
Массовую долю сырого протеина, органических кислот и аминокислот в кормовых добавках определяли согласно ГОСТ Р 32044.1-2012, ГОСТ Р 56373-2015 и ГОСТ Р 55569-2013 соответственно.
Экспериментальная часть работы по применению биологически активных добавок состояла из двух этапов (табл. 1).
Для изучения эффективности биологически активных добавок с 19.02.2024 по 26.06.2024 были сформированы 2 группы новорожденных телят (n = 20) черно-пестрой породы в соответствии с требованиями по подбору аналогов, соблюдений условий и технологии выращивания телят молочного периода, кормления и содержания в условиях НОПЦ «Учхоз “Знаменское”» (г. Курск).
Новорожденные телята до 30-дневного возраста содержались в индивидуальных домиках, после были переведены на групповое содержание. В качестве корма получали цельное молоко без заменителей согласно схеме выпойки телят в хозяйстве с 42-дневного возраста согласно нормам кормления. Схема кормления приведена в таблице 2.
Телята опытной группы с молоком с 3-суточного и до 42-суточного возраста получали экспериментальную, биологически активную добавку (БАД 1) на основе овса голозерного с мелассой и пробиотическими микроорганизмами на основе В. bifidum штамм — 1, КОЕ — не менее 10 х 106 г/л, L. plantarum 8Р-А3, КОЕ — не менее30 х 106 г/л по 100–150 мл/гол/сут.
С 43 суток и до 90-дневного возраста в опытной группе дополнительно к основному рациону (комбикорм КР-1-195, в состав которого входили пшеница, ячмень, овес без пленок, кукуруза, шрот соевый высокопротеиновый, глютен кукурузный, масло подсолнечное, соль, монокальцийфосфат, известняковая мука, витаминно-минеральный концентрат (премикс), был произведен согласно ГОСТ 9268) вводили биологически активную добавку (БАД 2) на основе эндо — и экзометаболитов B. subtilis штамм DSM-32424 в дозе 0,5 л на одну голову в сутки.
Прирост живой массы оценивался путем взвешивания телят на весах МИДЛ МП 300 ВЕДА Ф-1 (50/100; 1500 х 800) «Живой вес 12С», предел взвешивания, max — 300 кг, точность весов — 50/100 г, поверка — январь 2024 г.), утром (до кормления и поения) на 3-й, 30-й, 42-й, 60-й и 90-й день. Зоотехнические исследования проводили согласно рекомендациям А.И. Овсянникова (1976 г.); отбор проб для микробиологических исследований фекалий животных проводили на 3-и, 7-е, 14-е, 28-е и 42-е сутки.
Забор крови для биохимических исследований проводили утром (до кормления телят) в конце опытного периода — в возрасте 90 сут., биохимический анализ — на анализаторе Stat Fax 1904 plus (Аwareness technology, США).
Все эксперименты с животными осуществлялись в соответствии с установленными этическими нормами их обращения.
Статистическую обработку данных проводили методом вариационной статистики для Microsoft Excel (США). Различия между средними арифметическими считали достоверными при р ≤ 0,05, оценку значимости показателей проводили с использованием t-критерия Стьюдента.
Результаты и обсуждение
Для коррекции микрофлоры желудочно-кишечного тракта применяли БАД 1, биологическая ценность которой, согласно данным исследованиям, обусловлена не только содержанием консорциума пробиотических микроорганизмов, но и их активных метаболитов в виде органических кислот, регулирующих микробиом желудочно-кишечного тракта (табл. 3).
Установлено, что достоверное увеличение в БАД 1 яблочной кислоты на 61,7% и снижение уксусной кислоты на 40,6% связано с метаболизмом с B. bifidum, при этом увеличение молочной кислоты в 6,5 раз свойственно метаболизму Lactobacillus. Так, наибольшее количество в БАД 1 было выявлено молочной и яблочной кислотами, что приводит к снижению рН содержимого толстого отдела кишечника и подавлению роста и размножению условно-патогенной и патогенной микрофлоры, при этом способствует развитию ацидофильных бактерий.
На втором этапе исследований стремились оптимизировать белковый обмен веществ у телят, применяя конструктивно новый подход к балансированию рационов по количеству доступных незаменимых аминокислот. Это достигалось за счет использования биологически активной добавки на основе B. subtilis, которая способствует повышению уровня метаболических процессов в организме и увеличению продуктивности телят в период доращивания.
Установлено значительное увеличение метаболической активности пробиотического микроорганизма, что влияет на качественный и количественный состав БАД, применение которой у животных эффективно влияет на обменные процессы в организме животных.
Ценность применяемой биологически активной добавки на основеB. Subtilis, согласно исследованиям, обусловлена содержанием активных метаболитов в виде протеиногенных аминокислот, участвующих в регуляции обмена веществ в организме телят молочного периода (табл. 4).
Установлено, что достоверное увеличение в БАД 1 яблочной кислоты на 61,7% и снижение уксусной кислоты на 40,6% связано с метаболизмом с B. bifidum, при этом увеличение молочной кислоты в 6,5 раз свойственно метаболизму Lactobacillus. Так, наибольшее количество в БАД 1 было выявлено молочной и яблочной кислотами, что приводит к снижению рН содержимого толстого отдела кишечника и подавлению роста и размножению условно-патогенной и патогенной микрофлоры, при этом способствует развитию ацидофильных бактерий.
На втором этапе исследований стремились оптимизировать белковый обмен веществ у телят, применяя конструктивно новый подход к балансированию рационов по количеству доступных незаменимых аминокислот. Это достигалось за счет использования биологически активной добавки на основе B. subtilis, которая способствует повышению уровня метаболических процессов в организме и увеличению продуктивности телят в период доращивания.
Установлено значительное увеличение метаболической активности пробиотического микроорганизма, что влияет на качественный и количественный состав БАД, применение которой у животных эффективно влияет на обменные процессы в организме животных.
Ценность применяемой биологически активной добавки на основеB. Subtilis, согласно исследованиям, обусловлена содержанием активных метаболитов в виде протеиногенных аминокислот, участвующих в регуляции обмена веществ в организме телят молочного периода (табл. 4).
Согласно дизайну эксперимента, на первом этапе БАД применяли для формирования микробиома желудочно-кишечного тракта новорожденных телят.
В исследованиях (табл. 5) до начала опыта установлено, что количество бифидобактерий в фекалиях телят двух групп составляло 3,1 × 106 КОЕ/г, лактобактерий — 3,5 × 105 КОЕ/г.
Динамика показателей бифидобактерий в контрольной группе телятимеет положительную тенденцию к увеличению с возрастом. Так, на 42-й день показатель составил 18,68/45415,2 × 106 КОЕ/г, в то время как количество лактобактерий достигло 4,3 × 107 КОЕ/г.
В опытной группе телят показатели количества лакто- и бифидобактерий на 42-е сутки составили: Lactobacillus spp. — 4,2 × 109 КОЕ/г; Bifidobacterium spp. — 3,2 × 109 КОЕ/г.
Содержание кишечной палочки у телят в фекалиях из прямой кишки в опытной группе снизилось на 1,52%; стафилококков — на 16,22%, протея — на 18,75% от начального значения. Количество энтеробактерий существенно выросло (с 0,33 до 3,1%), в отличие от бифидобактерий, доля которых снизилась на 4%. Существенно выросла доля стафилококков — в среднем на 2,5%, что в 24 раза выше, чем на 3-и сутки.
На втором этапе эксперимента при применении биологически активной добавки на основеB. subtilis (дополнительно к рациону) отмечалась положительная динамика коррекции обменных процессов организма (табл. 6).
По показателям белкового обмена установлено, что выпаивание биологически активной добавки приводило к повышению уровня общего белка в сыворотке крови на 5,2%, альбуминов — на 11,43%, глобулинов — на 3,7%. Применение добавки свидетельствует о достоверном повышении концентрации глюкозы на 20,65%, до 4,09 мМ/л против 3,39 мМ/л, и активности щелочной фосфатазы на 19,91%. В связи с повышением энергетической обеспеченности организма растущих животных отмечалось увеличение концентрации холестерина (на 4,8%) и снижение билирубина (на 22,32%), что может свидетельствовать об улучшении липидного обмена и липотропной функции печени.
В крови подопытных животных не было выявлено значительных различий в активности аминотрансфераз. Однако при сравнительно одинаковом уровне АЛТ и более низком (на 5,3%) уровне АСТ наблюдалось достоверное увеличение креатинкиназы — на 30,4%. Это может указывать на более высокий уровень метаболических процессов в организме, что предполагает ускорение роста и развития молодняка под воздействием биологически активной добавки по сравнению с контрольной группой.
При применении биологически активных добавок за период опыта (3–90 сут.) наблюдалась положительная динамика прироста живой массы у телят (табл. 7).
Анализируя динамику прироста живой массы подопытных телят, установлено, что среднесуточные приросты достоверно были выше на 18,06% за первые 30 дней жизни, на 21,70% — с 3-го по 42-й день жизни, на 16,58% — с 3-го по 90-й день жизни в группе, получавшей БАД. Живая масса на 60-й и 90-й день жизни у телят в опытной группе была достоверно выше на 6,98% и 10,15%, чем в контроле.
Выводы
Регуляция формирования микробиома желудочно-кишечного тракта и метаболизма организма телят с применением биологически активных добавок имеет важное практическое значение при их выращивании.
- Регуляция формирования микробиома желудочно-кишечного тракта с применением биологически активной добавки, содержащей активные метаболиты консорциума пробиотических микроорганизмов B. bifidum штамм — 1, КОЕ — не менее 10 х 106 г/л, L. plantarum 8Р-А3,КОЕ — не менее30 х 106 г/л в молочном периоде выращивания телят, имеет положительную направленность в колонизации микробиома кишечника.
На 42-е сутки количество бифидобактерий в контрольной группе телят составило 5,2 × 106 КОЕ/г, а в опытной — 3,2 × 109 КОЕ/г, лактобактерий — 4,3 × 107 КОЕ/г и 4,2 × 109 КОЕ/г соответственно.
Содержание кишечной палочки у телят в фекалиях, полученной из прямой кишки, в опытной группе снизилось на 1,52%; стафилококков — на 16,22%, протея — на 18,75% от начального значения. Количество энтеробактерий существенно выросло — с 0,33 до 3,1%, в отличие от бифидобактерий, доля которых снизилась на 4%. Существенно выросла доля стафилококков — в среднем на 2,5%, что в 24 раза выше, чем на 3-и сутки.
2. Регуляция метаболизма телят в послемолочный период с применением биологически активной добавки на основе экстракта овса пророщенного голозерного (90%), мелассы свекловичной (10%), пробиотического микроорганизма B. subtilis штамм DSM-32424 приводила к повышению уровня общего белка в сыворотке крови на 5,2%, альбуминов — на 11,43%, глобулинов — на 3,7%.
Установлено, что применение добавки свидетельствует о достоверном повышении концентрации глюкозы на 20,65%, до 4,09 мМ/л против 3,39 мМ/л, активности щелочной фосфатазы на 19,91%., что в совокупности может указывать на более высокий уровень метаболических процессов в организме, предполагая ускорение роста и развития молодняка под действием биологически активной добавки по сравнению с контрольной группой.
3. Прирост живой массы телят опытной группы с 3-го дня по 42-е сутки при применении биологически активной добавки на основе пробиотических микроорганизмов В. Bifidum и L. plantarum 8Р-А3был выше на 21,7% по сравнению с контрольной и на 14,7% в период 42–90 суток при применении биологически активной добавки на основе пробиотического микроорганизма B. subtilis штамм DSM-32424.
В среднем за период опыта прирост живой массы телят опытной группы был выше на 16,58%.
Об авторах
Гаяне Агасовна Свазлян; кандидат биологических наук, старший научный сотрудник
manukyang@yandex.ru; https://orcid.org/0000–0001–9119–1217
Виктор Сергеевич Попов; доктор ветеринарных наук, заведующий лабораторией, ведущий научный сотрудник
viktor.stugen@yandex.ru; https://orcid.org/0000–0003–3404–1591
Курский федеральный аграрный научный центр, ул. им. Карла Маркса, 70Б, Курск, 305021, Россия
УДК 579.62:612.015.3
DOI: 10.32634/0869-8155-2025-391-02-115-122
