CC BY
25ЭФФЕКТИВНОЕ ЖИВОТНОВОДСТВО
¿Цк 45
Рисунок 1.
Растения рода Rhaponticum, синтезирующие экдистерон
DOI: 10.24412^-33489-2022-4-45-47 УДК: 615.322+636.084+547.92
Тимофеев Н.П., кандидат биологических наук, доцент, заведующий лабораторией интродукции и биосинтеза экдистероидов КХ БИО (Научно-производственное предприятие) ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4565-7260, sciens@leuzea.ru
ЭКДИСТЕРОН СОДЕРЖАЩИЕ СУБСТАНЦИИ ДЛЯ КОРМОВЫХ ДОБАВОК С УЛУЧШЕННЫМИ КАЧЕСТВАМИ
Аннотация. В статье рассмотрены и предложены перспективные компоненты для производства фитогенных кормовых добавок с улучшенными качествами на основе экдистероидов и главного их биоактивного компонента экдистерона (20-гидроксиэкдизона). Показано, что экдистерон содержащие фитобиотики являются альтернативными субстанциями в сравнении с запрещенными кормовыми антибиотиками, синтетическими стимуляторами гормонального действия и антистрессовыми транквилизаторами. При этом они имеют прямой анаболический и антистрессовый эффект, экономически выгодны для производителя продукции, не имеют проблем с безопасностью и токсичностью и сочетаются с другими традиционными средствами. Растения, которые заслуживают внимания для масштабного производства высокоэффективных, общедоступных субстанций с экдистероном в достаточных количествах и по разумной цене из флоры России - это левзея сафлоровидная Rhaponticum carthamoides и серпуха венценосная Serratula coronata.
Ключевые слова: кормовые добавки, фитоэкдистероиды, анаболические субстанции, 20-гидроксиэкдизон, левзея сафло-ровидная, серпуха венценосная.
Abstract. The article considers and proposes promising components for the production of phytogenic feed additives with improved qualities based on ecdysteroids and the main bioactive component ecdysterone (20-hydroxyecdysone). It was shown that ecdisterone-containing phytobiotics are alternative substances compared to prohibited synthetic hormonal stimulants and anti-stress tranquilizers. At the same time, they have a direct anabolic and anti-stress effect, are economically profitable for the product manufacturer, have no safety and toxicity problems and are combined with other traditional means. Plants that deserve attention for the large-scale production of highly effective, commonly available substances with ecdysterone in sufficient quantities and at a reasonable price from the flora of Russia are Rhaponticum carthamoides and Serratula coronata.
Keywords: feed additives, phytoecdysteroids, anabolic substances, 20-hydroxyecdysone, Rhaponticum carthamoides, Serratula coronata.
Актуальность. Рост и продуктивность животных, наряду со сбалансированным кормлением, тесно связаны с функциональной активностью нервной, иммунной и эндокринной систем. При промышленном содержании стрессы и иммунодефициты предшествуют многим заболеваниям и вызывают патологические состояния различной тяжести. Кроме того, загрязненность микрофлоры желудка патогенными микроорганизмами, а корма синтетическими и природными токсикантами комплексно влияют на здоровье животного, его иммунитет и ограничивают реализацию генетического потенциала в практическом животноводстве. Для борьбы с бактериальными инфекциями в животноводстве с начала 1950-1960-х годов в корм стали добавлять антибиотики, от стресса - транквилизаторы (психотропные препараты со снотворным и успокаивающим эффектом). Тогда же для ускоренного роста мышечной массы животных стали применять гормональные средства на основе синтетических
аналогов женских и мужских половых гормонов (эстрогенов, прогестеронов, андрогенов), а также тиреоидных (тироксин) и гипогликемических (инсулин) гормональных средств.
В настоящее время все синтетические средства стимулирования роста и продуктивности животных в большинстве стран мира запрещены или же находятся в стадии запрета [1]. Одновременно существует потребность в растительных субстанциях, которые имеют прямой анаболический эффект и антистрессовое действие, являясь экономически выгодными для производителя продукции, но при этом свободны от недостатков химически синтезированных гормональных средств и транквилизаторов, не имеют проблем с безопасностью и токсичностью [2].
Цели и задачи исследований: С истематизация данных научной литературы о природных биологически активных веществах в составе кормовых добавок и их источниках по критериям анаболического и антистрессового эффекта и проблем безопасности
46 ¿фИк Корма и кормление
www.agroyug.ru
при применении в зоотехнии и ветеринарной медицине, в первую очередь экдистерона из класса фитоэкдистероидов, и предложить источники промышленного значения из флоры России.
Результаты и обсуждение. В результате исследования выявились следующие аспекты и тенденции в применении биологически активных веществ, синтезируемых растениями, используемых в мировой практике с целью оздоровления и стимулирования среднесуточного прироста сельскохозяйственных животных, а также ограничения при их производственном использовании.
Фитобиотики или фитогенные кормовые добавки - это продукты растительного происхождения, используемые в кормлении животных для оздоровления, стимулирования роста и продуктивности. Используемый на практике видовой состав важнейших растений в странах Европы преимущественно представлен эфиро-масличными растениями: анис (Pimpinella anisum); базилик душистый (Ocimum basiliicum); гвоздика (Syzygium aromaticum); горчица (Brassica nigra); имбирь (Zingiber officinalis), кориандр (Coriandrum sativum); корица (Cinnamomum zeylanicum); майоран (Origanum majorana); мята перечная (Mentha piperita); пажитник (Trigonella foenum-graecum); перец стручковый (Capsicum annuum); перец черный (Pípernígrum); петрушка (Petroselinum crispum); розмарин лекарственный (Rosmarinus officinalis); сельдерей (Apium graveolens); тмин (Thymus vulgaris); тимьян обыкновенный (Thymus vulgaris); хрен (Armoracia rusticana); чеснок (Allium sativum); эхинацея пурпурная (Echinacea purpurea); солодка голая (Glycyrrhiza glabra) и т.д. [2].
Специфические виды растений, используемых в России как фитогеники: хвойная мука (пихта, ель, сосна), топинамбур, свекла, морковь, тыква, люцерна, облепиха, различные жомы и жмыхи из фруктово-ягодных, пряно-ароматических и эфи-ромасличных растений. Следует заметить, что большинство этих видов применялись в качестве кормовых добавок еще во времена СССР [1].
Действующие вещества рынка фитобиотиков относятся к классу терпеноидов, флавоноидов и глюкозинолатов, полифенолов, а также стероидов, алкалоидов и сапонинов. Эффекты - противоми-кробное, противовоспалительное, антиоксидантное, антипаразитарное и противовирусное действие; увеличение потребления корма, повышение усвояемости питательных веществ и подавление размножения патогенных микроорганизмов. Антиоксидантный потенциал связан с концентрацией флавоноидов (кверцетин, мирицетин, морин, катехин, эпигалло-катехина галлат, цианидин, мальвидин, дигидро-кверцетин, рутин и т.д.); гидролизуемых дубильных веществ, проантоцианидинов, фенольных кислот (бензойные, коричные, производные кумарина); фенольных терпенов (различные летучие эфирные масла); витаминов (A, C и Е) и каротиноидов.
Из недостатков и ограничений существующих фитобиотиков - они не имеют прямого анаболического эффекта и не работают в условиях сильного стресса, а при сочетании негативных факторов не удается преодолеть отрицательный (минусовый) эффект прироста массы тела. Отрицательные показатели обычно проявляются в условиях действия сильнодействующих стрессовых ситуаций. Согласно зарубежным аналитическим данным [2, 3], увеличение среднесуточного прироста в птицеводстве от применения фитобиотиков обычно составляет +1.. .+3%, в ряде случае был получен нулевой результат, или же уменьшение прироста на -2.-3 %. Аналогичные результаты эффективности были получены и в свиноводстве. Из 26 опытов положительные
результаты в половине случаев (+1...+5%), в других случаях фиксировались отрицательные приросты (-1.-7%). У свиней улучшение продуктивности выражалось в среднем на 2 % по показателю среднесуточного прироста и на 3 % по эффективности преобразования корма; в диапазоне от -5 % до + 9 % по изменению массы тела.
Другие ограничения - изменчивость и непостоянство состава фитобиотиков, варьируемый в широких пределах в зависимости от ботанического происхождения, состава веществ и технологической обработки, поэтому они сложны для количественной оценки; стандартизации по действующим веществам нет до сих пор, а при попытках это провести выявляется цитоксичность в очень малых дозировках этих веществ [4].
В последнее время, из-за слабой эффективности фитобиотиков в условиях стрессовых ситуаций, стали использовать растения с сапонинами и изохинолиновыми алкалоидами для модуляции иммунных и стрессовых реакций у животных: маклея сердцевидная (Macleya cordata), люцерна посевная (Medicago sativa), эхинацея пурпурная (Echinacea purpurea), юкка (Yucca spp.), солодка голая (Glycyrrhiza glabra), гинкко двулопастное (Ginkgo biloba). Однако действующие вещества этих растений являются токсичными (изохинолиновые алкалоиды у маклеи сердцевидной, алкалоиды у гинкго двулопаст-ного, сапонины у люцерны посевной и солодки голой) и при передозировке могут вызвать опасные для здоровья животных и человека физиологические последствия [1, 5].
Экдистерон - перспективное биоактивное вещество. Одним из перспективных направлений для зоотехнии и ветеринарной медицины является применение в качестве биологически активных компонентов экди-стероиды, синтезируемые некоторыми многолетними высокорослыми травянистыми растениями российской флоры. Наиболее важным среди фитоэкдистероидов, исходя из практической значимости, доступности и биологической активности, является компонент экдистерон, играющий важную роль для роста, размножения и иммунитета всех классов живых существ. Синонимы экдистерона: 20-гидроксиэкдизон (20-hydroxyecdysone), бета-экдизон (beta-ecdysone), ecdysterone, 20E (рис. i).
Отличительные положительные свойства экдистерон содержащих субстанций, недоступные в массово применяющихся в настоящее время фитобиотиках: кормовые добавки с ними снимают сильный стресс - чего не могут делать обычные фитобиотики; имеют прямой анаболический эффект влияния за счет взаимодействия с рецепторами эстрогенов; оказывают плейотропный (множественный) эффект действия за счет влияния на важные гены; их применение в животноводстве не вызывает опасений, так как они относятся к безопасным веществам. Известно проявление экдистероном антиок-сидантных, противомикробных, противовоспалительных и ранозаживляющих свойств, а также иммуно-модуля-торного, адаптогенного, стресс-протекторного, кроветворного действия с усилением функций фагоцитоза; превентивного и терапевтического - при угрожающем прерывании беременности, нарушений в деятельности половой функции, оптимизации репродуктивного цикла. Экдистерон является известной причиной анаболического эффекта, стимулируя биосинтез белка мускульных мышцах, в печени и почках у животных и человека.
В отличие от синтетических стероидов, высокая расположенность к синтезу протеина при приеме экдистерон содержащих составов не сопровождается опасными для жизни побочными эффектами [6].
Механизм увеличения прироста живой массы (в первую очередь мышечной массы) в данном случае обусловлен экспрессией соответствующих генов при введении в корм субстанций с экдистероном, приводящих к усилению ферментного синтеза животного белка и/или торможения процессов распада протеина в клетках и тканях. Экдистерон в настоящее время зарегистрирован
ЭФФЕКТИВНОЕ ЖИВОТНОВОДСТВО
éHk 47
для применения в Евросоюзе по различным показаниям, в том числе для усиления роста мышц и ингибирования протеолиза (от ускоренного распада белка). Коммерческое название препарата BIO101 (EU Clinical Trials Register, рег. № 2020-001498-63 от 22 июля 2020 г.; № 2019-004602-94; № 2017-00393235 от 2018-02-20 (https://www.clinicaltrialsregister. eu). В доклинических исследованиях на безопасность экдистерона как вещества (97% чистоты) при пероральном хроническом введении ( в течение 180-270 суток) у грызунов и домашних собак было подтверждено отсутствие побочных эффектов и токсичности [7].
Растительные источники для экдистерон содержащих фитобиотиков. Экдистерон не вырабатывается самими млекопитающими и не может быть синтезирован искусственным путем в промышленных масштабах (химическим, микробиологическим или в культуре клеток и тканей) ни в одной из лабораторий мира, поэтому должен поступать исключительно в результате биосинтеза его от растений. Растения, которые на сегодня рассматриваются в странах Европы как хорошие источники и заслуживают внимания для масштабного производства субстанций с экдистероном в достаточных количествах и по разумной цене: 1) виды из родов Achyranthes (соломоцвет из сем. амарантовые); 2) Cyanotis (цианотис из сем. ком-мелиновые); 3) Pfaffia (сума из сем. амарантовые); 4) Leuzea/Stemmacantha/Rhaponticum (рапонтикум или левзея из сем. сложноцветные; 5) Serratula (серпуха из сем. сложноцветные [6]. Однако растения видов рода Cyanotis (Cyanotis arachnoidea, Cyanotis vaga), вместе с Achyranthes aspera, Cyathula capitata, Pfaffia paniculata и Polypodium virginianum), запрещены и не могут продаваться в качестве пищевых или кормовых добавок (в частности, из-за аристолохиевой кислоты, вызывающий поражение почек и развитие рака) [8]. Исследования с частично очищенными субстанциями экдистерона из Pfaffia glomerata показали их генотоксичность и цитоток-сичность [7].
Среди вышеуказанных пяти групп растения, которые в первую очередь подходят для получения экдистерон содержащих субстанций в условиях России, являются: Rhaponticum carthamoides (надземные части левзеи сафлоровидной) и Serratula coronata (апикальные части генеративных побегов). Это крупнотравные многолетники с высоким потенциалом продуктивного долголетия (до 16 лет и более) и урожайности надземной массы, в которой накапливаются очень высокие концентрации экдистерона: у R. carthamoides - 0,3-1,5% в надземных органах (0,03-0,10% в подземных корнях и корневищах); у S. coronata - 0,7-2,3% в надземных частях. Виды прошли длительный этап интродукции; фундаментально изучены биохимический состав и кормовые достоинства; реализована оптимизация длительного культивирования в условиях агро-ценоза [9] и признаны на международном уровне важнейшими источниками фитогенно происходящих анаболических и антистрессовых субстанций [6, 7].
Для фитогенных субстанций с экдистероном из R. carthamoides характерен высокий анаболический эффект (от 10 до 40%); S. coronata защищает при длительно действующем стрессе (эффект до 32-35%), анаболическое действие для серпухи проявляется в меньшей степени (5-12%). Экдистерон из листовых частей левзеи сафлоровидной R. carthamoides, заготовленных в оптимальные сроки, находится в подвижной транспортной форме, не требует обязательной экстракции спиртом и легкодоступен для организма животных и человека
- при высокой сохранности действующих веществ в течение 1 суток в водном растворе (93-98%), в диапазоне температур от -10 до +100 °С [9].
Производственное испытание фитодобавки, содержащей комплексный экстракт из надземной части R. carthamoides и S. coronata на супоросных свиноматках и поросятах-отъемышах, проведено в лаборатории ветбиотехнологии ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого и племенном свиноводческом хозяйстве ЗАО «Заречье» (г. Киров). В результате сохранность поросят-отъемышей составила 100%, анаболический эффект превысил контрольный результат на 26,7%, свиноматки принесли на 11% больше жизнеспособных поросят в сравнении с контролем, валовой привес поросят ко времени отъема от маток превысил результат в контроле на 11,8% [10].
Заключение. В статье рассмотрены и обобщены достигнутые результаты и тенденции в использовании биологически активных веществ, синтезируемых растениями, в рационе сельскохозяйственных животных для оздоровления и значимого стимулирования их роста, а также ограничения при производственном применении.
Предложены новые и нетрадиционные виды растений из флоры России и перспективные их компоненты для производства фитобиотиков с улучшенными качествами на основе экдистероидов и активного их компонента экдистерона (20-гидроксиэкдизона). Показано, что экдистерон содержащие кормовые добавки являются альтернативными субстанциями в сравнении с запрещенными синтетическими андрогенными и эстрогенными стимуляторами гормонального действия. При этом они имеют прямой анаболический и антистрессовый эффект, экономически выгодны для производителя продукции, свободны от недостатков химически синтезированных гормональных средств и транквилизаторов, не имеют проблем с безопасностью и токсичностью
Растения, которые заслуживают внимания для масштабного производства высокоэффективных, общедоступных субстанций с экдистероном в достаточных количествах и по разумной цене из флоры России - это левзея сафлоровидная Rhaponticum carthamoides и серпуха венценосная Serratula coronata.
ЛИТЕРАТУРА
1. Тимофеев Н.П. Фитобиотики в мировой практике: виды растений и действующие вещества, эффективность и ограничения, перспективы (обзор) // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2021. Т. 22. № 6. С. 804-825. DOI: 10.30766/2072-9081.2021.22.6.804-825.
2. Feed Additives / Florou-Paneri P., Christaki E., Giannenas I. (eds). London: Academic Press, 2020. 368 p.
3. Windisch W., Schedle K., Plitzner C. et al. Use of phytogenic products as feed additives for swine and poultry // American Society of Animal Science. 2008. V. 86. N 14. P. 140-148. DOI: 10.2527/jas.2007-045909.
4. Lanzerstorfer P., Sandner G., Pitsch J. et al. Acute, reproductive, and developmental toxicity of essential oils assessed with alternative in vitro and in vivo systems // Archives of Toxicology. 2021. V. 95. P. 673-691. DOI: 10.1007/s00204-020-02945-6.
5. Artuso-Ponte V., Pastor A., Andratsch M. The effects of plant extracts on the immune system of livestock: The isoquinoline alkaloids model. In: Feed Additives. Cambridge: Academic Press, 2020. P. 295-310. DOI: 10.1016/B978-0-12-814700-9.00017-0.
6. Dinan L., Dioh W., Veillet S. et al. 20-Hydroxyecdysone, from Plant Extracts to Clinical Use: Therapeutic Potential for the Treatment of Neuromuscular, Cardio-Metabolic and Respiratory Diseases // Biomedicines. 2021. V. 9. N 5:492. DOI: 10.3390/biomedicines9050492.
7. Lafont R., Dilda P., Dioh W. et al. 20-hydroxyecdysone extract of pharmaceutical quality, use and preparation thereof. Patent FR3065644 A1. 21 Febr 2020. URL: https://patents.google.com/patent/FR3065644A1/en.
8. Hunyadi A., Herke I., Lengyel K. et al. Ecdysteroid-containing food supplements from Cyanotis arachnoidea on the European market: evidence for spinach product counterfeiting // Scientific Reports. 2016. N 6:37322. DOI: 10.1038/srep37322.
9. Ивановский А.А., Тимофеев Н.П., Латушкина Н.А. Растения как источник фитобиотиков и фармпрепаратов для животных: Монография. Киров: ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого, 2022, 136 с.
10. Ивановский А. А., Латушкина Н.А., Тимофеев Н.П. Влияние добавки растительного происхождения на поросят. Эффективное животноводство, 2020. № 9. С. 25-27. DOI: 10.24412/cl-33489-2020-9-25-27.
