CC BY
44
Спецвыпуск «Свиноводство»
шшш. agroyug.ru
БИОТРОФ
М.пцройиом
- ОСнОЫ
Йылдырым Елена Александровна, кандидат биологических наук Ильина Лариса Александровна, кандидат биологических наук Филиппова Валентина Анатольевна Дубровин Андрей Валерьевич
Тюрина Дарья Георгиевна, кандидат экономических наук Лаптев Георгий Юрьевич, доктор биологических наук Новикова Наталья Ивановна, кандидат биологических наук
Основным препятствием для развития свиноводства является комплекс проблем, связанных с пищеварением и организацией кормления поросят и взрослых животных, устройство пищеварительной системы которых имеет ряд отличительных особенностей.
как решить проблемы
пищеварения свиней?
Так, известно, что сокращения желудка свиней слабые и недостаточные для необходимого перемешивания корма с желудочным соком. До 3-недельного возраста соляная кислота у поросят в желудке не вырабатывается вовсе. Без нее ферменты желудочного сока пепсин и химозин, переваривающие белки, и липаза, расщепляющая жиры, не могут правильно функционировать. Это свойство, получившее название возрастной ахлор-гидрии, оказывает выраженное влияние на процесс пищеварения и на формирование барьерной функции организма. Такой желудочный сок имеет пониженную переваривающую способность и лишён бактерицидных свойств. Поэтому самыми восприимчивыми к поражению кишечными патогенами являются именно новорождённые поросята. При этом основной источник инфекции — это свиноматки, имеющие дисбиотические нарушения в кишечнике и распространяющие патогенные бактерии с калом и молоком.
Отъем поросят — это очередной критический период для физиологии пищеварительного тракта животных, часто сопровождающийся возникновением постотъемной диареи. Это связано с переходом поросят на твердый, содержащий злаки и высокие концентрации протеина корм, стрессом и снижением иммунитета, вследствие прекращения доступа к молозиву, содержащему материнские антитела. В данный период на фоне гибели полезной микрофлоры у поросят происходит резкое возрас-
тание численности патогенных форм, что нередко приводит к летальному исходу.
Помимо этого, возрастающая тенденция широкого использования растительных компонентов в рационах свиней выдвигает проблему снижения переваримости кормов и эффективности конверсии питательных веществ из-за высокого содержания некрахмалистых полисахаридов.
Очевидно, что состав микробиома кишечника вносит огромный вклад в регуляцию вышеназванных процессов и, соответственно, нуждается в корректировке.
ЗАЧЕМ НУЖНО ОЗДОРАВЛИВАТЬ МИКРОФЛОРУ?
Кишечник свиней заселен огромным разнообразием видов бактерий, грибков и простейших. Кишечная микрофлора, по сути, является дополнительным органом со своими собственными, незаменимыми функциями: защита от патогенов, поддержание иммунитета, переваривание клетчатки кормов до усваиваемых форм, синтез ЛЖК, нейтрализация токсинов и пр.
Важно, что изучение микроорганизмов при помощи традиционных методов микробиологии приводит к недооценке истинного микробного разнообразия, поскольку установлено, что значительная часть микроорганизмов рубца представлена строго анаэробными видами и некультивируемыми на питательных средах формами.
ЭФФЕКТИВНОЕ № 8 ноябрь
животноводство 2019
www.biotrof.ru
здоровый микробиом -
ОСНОВА ПРОДУКТИВНОСТИ
т
81
5npPiy№e«eus xyfo-itri CJosrrijJiiimpirfHn|)ini Staphylococcal vrtislima Staphylococcus srjun
Eryupciatfrrix inopinata
Eiyflp*lothrix muris
StipHyloeefetn pitui&lugduntnDs
Snphyloeoccus paimuri
Staphylococcus rnremmilus
I
Srap.ly.'ieseiui Полипа
й
Sraphyfwoieus btfi.'noi/Mc-jHS
Staphylococcus oquorvrn
STio.lyi'ieiefuj cpitfifrw'tf.-s
5laphyiacaccti x rhramngvnei
Ctmpyfobacnr им((л)и CuiffbbKhrflill
Oimpylobacttrgracltli Campylobacarhyalnnsilnilis Cjtnpylobic rt f sutjn rare «/<; if j W/coploxir, j cdvrardii ATyiafJjima n jcffl s mi.ii'cim
№усор!лз 137 j птопт
Staphylococcus capitis
S:j,Bh/la4aiius atirtus
Ftuofriswrtum tiffi.'ji Futobaettrium mtt^jium
Myt fli.' j s.na 1ШМ Flijeii iiftrtiijtt Mviftrni*
Рис. 1.
Условно-патогенные и патогенные бактерии, выявленные в кишечнике свиней и поросят методом NGS-секвенирование (данные НпК ООО «БИОТРОФ»).
На сегодняшний день в России школа микробиологии желудочно-кишечного тракта сельскохозяйственных животных активно развивается в научно-производственной компании «БИОТРОФ», возглавляемой доктором биологических наук, лауреатом премии Правительства РФ Лаптевым Г. Ю., где имеется уникальный центр молекулярно-гене-тических исследований, накопивший многолетние фундаментальные и практические знания в изучении микробиома желудочно-кишечного тракта сельскохозяйственных животных, опирающиеся на данные анализов более 5000 образцов.
Российские ученые доказали, что состав микробиома кишечника животных изучен еще недостаточно: среди тысяч видов детально исследованы лишь десятки. В этом и кроется главная причина отсутствия понимания роли микрофлоры кишечника как в процессах пищеварения, так и в жизнедеятельности животного в целом. Обнаружились группы микроорганизмов в кишечнике свиней, которые могут как препятствовать, так и способствовать развитию многих патологических явлений, являясь очень четкими индикаторами состояния здоровья и продуктивности.
Что же представляет собой нормальная микрофлора кишечника свиней? Это совокупность микробных популяций, поддерживающих биохимическое и иммунологическое равновесие, необходимое для сохранения здоровья и продуктивности.
Так, лактобактерии и бациллы проявляют антимикробную активность в отношении возбудителей заболеваний.
Целлюлозолитические бактерии участвуют в гидролизе некрахмалистых полисахаридов, в том числе, целлюлозы клеточных стенок растительных компонентов кормов. Эта группа микроорганизмов имеет особое значение для пищеварения свиней.
Природно целлюлазы в организме животных не вырабатываются, поэтому в рационы свиней вводят ферментные добавки. Однако активность препаратов на основе ферментов в организме зависит от множества факторов: pH среды, биологических особенностей организма, присутствия ионов металлов, хлора, количества субстрата, температуры, — которые могут приводить к ингибирова-нию их активности.
С другой стороны, в желудочно-кишечном тракте здоровых поросят и свиней постоянно присутствуют патогенные формы, такие как Clostridium perfringens, возбудитель некротического энтерита, Staphylococcus sp., возбудители стафилококкозов, Campylobacter coli, вызывающий гастроэнтериты, и др. (рис. 1). Именно эти микроорганизмы и ряд других связаны с возникновением диареи у сосунов, отъемышей, взрослых животных.
Условно-патогенные бактерии, такие как, Campylobacter gracilis и Staphylococcus capitis, являются сопутствующей микрофлорой, усугубляющей течение заболеваний.
В кишечнике всегда присутствуют все три данных группы микроорганизмов. Состав и механизмы взаимодействий между данными группами микроорганизмов играют решающую роль в функционировании организма животного. Очевидно, что количественные соотношения между различны-
82
Спецвыпуск «Свиноводство»
www.agroyug.ru
■ +14,75%
•2t19% -7.84%
ОГЬЕМЫШИ ПО СРАВНЕНИЮ С СОСУН ДМ И (%)
12 7 2 -3 ■3
ЛАНТОБАЦИЛЛЫ ЭНТЕРОКОККИ КЛОСТРИДИИ Рис. 2.
Изменение содержания бактерий в толстом кишечнике поросят-отъемышей по сравнению с сосунами.
ми микробными популяциями в норме достаточно стабильны. В тоже время, при воздействии неблагоприятных внешних факторов: биологических и технологических стрессах, введении в рацион повышенного количества кормов растительного происхождения, загрязнении кормов токсинами, снижении иммунитета, нарушении условий содержания — хрупкий баланс микробов нарушается. Происходит гибель представителей нормофлоры, а условно-патогенная микрофлора может приобретать свойства патогенности. Подобные отклонения содержания микроорганизмов от референсных значений носят название дисбактериоза.
ДИСБИОЗ - ПРОБЛЕМА, ТРЕБУЮЩАЯ ДЕЙСТВИЙ
Не вызывает сомнений, что дисбиоз кишечной микрофлоры способен повысить восприимчивость к внешним патогенами, запустить целый каскад метаболических нарушений и иммуносупрессивных состояний у животных, усугубляя и инициируя пищеварительные расстройства. Животные могут становиться резервуаром опасных пищевых патогенов, которые являются основной причиной отравления людей продукцией животноводства.
Доказано, что у свиноматок с дисбиотическими нарушениями микрофлоры кишечника в разы повышается вероятность рождения нежизнеспособного потомства.
С использованием молекулярно-биологическо-го метода T-RFLP специалисты НПК ООО «БИО-ТРОФ» выявили дисбитические нарушения микрофлоры поросят, происходящие в период отъема. Установлено, что в кишечнике у отъемышей по сравнению с сосунами (рис. 2) происходило снижение полезных лактобактерий и энтерококков, обладающих антимикробной активностью. Бифидобак-терии, также имеющие антимикробные свойства, практически полностью отсутствовали в кишечнике поросят-отъемышей.
У здоровых свиней полезные бактерии колонизируют ЖКТ, образуя биопленку, покрывающую поверхность слизистого эпителия и блокирующую колонизацию кишечника патогенами. Поэтому на фоне гибели полезной микрофлоры у поросят происходило резкое возрастание численности
Рис. 3.
Эффективность пробиотика Целлобактерин+ при вводе в рацион молодняка свиней (%).
патогенных клостридий, в том числе, Clostridium perfringens.
Воспаление кишечника, возникающее в ответ на размножение C. perfringens, может в свою очередь создать благоприятные условия для увеличения численности бактерий, вырабатывающих токсины, прежде всего E. coli. Это связано с тем, что реакция хозяина на воспаление в кишечнике проявляется синтезом оксида азота, который достаточно быстро превращается в нитрат. Богатая нитратами среда воспаленной кишки обеспечивает доминирование бактерии E. coli, использующей нитраты в своем метаболизме.
В результате размножения кишечных патогенов развивается обезвоживание и диарея, происходит нарушение целостности эпителия кишечника и проникновение патогенов в кровеносное русло.
Необходимость контроля состояния микробиоценоза у поросят в период отъема подтверждают и результаты другого эксперимента. С целью установления причин отставания в развитии по-росят-отъемышей в условиях одного из свинокомплексов в лаборатории ООО «БИОТРОФ» провели анализ содержимого ободочной кишки животных методом NGS-секвенирование.
Изменения кишечной микрофлоры у ослабленных отъемышей по сравнению с нормально развивающимися особями
Исчезали полезные виды: Появлялись представители нежелательной микрофлоры:
Lactobacillus reuteri Campylobacter sp.
L. ultunensis Staphylococcus sp.
L. antri Erysipelothrix sp.
L. crispatus Fusobacterium sp.
L. vaginalis
Из таблицы 1 видно, что у ослабленных особей по сравнению со здоровыми поросятами в кишечнике исчезали полезные виды, обладающие антимикробной активностью, и появлялись представители нежелательной микрофлоры.
ЭФФЕКТИВНОЕ № 8 ноябрь
животноводство 2019
www.biotrof.ru
здоровый микробиом -
ОСНОВА ПРОДУКТИВНОСТИ
т
83
ЗАБОТА О МИКРОБИОМЕ
Для профилактики заболеваний поросят и свиней применяют антибиотики, действие которых основано на том, что они подавляют жизнедеятельность бактерий. Между тем, антибиотики резко снижают иммунитет, делая организм более беспомощным и неспособным к самозащите.
Необходимость альтернативного решения проблемы дисбиозов рубца открывает большую перспективу в использовании натуральных пробиоти-ческих биопрепаратов.
В современных условиях штаммы бактерий в составе пробиотиков должны обладать целым комплексом полезных биотерапевтических свойств. Следует иметь в виду, что уровень эффективности биопрепарата полностью зависит от штамма, входящего в его состав, и не может экстраполироваться на весь вид, а уж, тем более, род, к которому он относится.
В НПК ООО «БИОТРОФ» разработан ряд инновационных пробиотических препаратов, каждый из которых имеет масштабное научное досье, обосновывающее дифференцированное управление микробными представителями нормофлоры и другие полезные свойства.
Одним из таких препаратов является пробиотик Целлобактерин+, который с успехом применяется во многих животноводческих хозяйствах России. Живые бактерии препарата при попадании в организм активно размножаются, колонизируя кишечник. Биопрепарат Целлобактерин+ имеет в своем составе бактерии, обладающие ферментативной системой, эффективно гидролизующей некрахмалистые полисахариды, в том числе, целлюлозу клеточных стенок, повышается переваримость и усвояемость кормов. Важно, что синтез ферментов бактериями осуществляется непосредственно в кишечнике. Тогда как ферменты в составе искусственных добавок могут быть инактивиро-ваны при прохождении желудка в связи с низким уровнем рН, характерным для этого отдела ЖКТ.
Наличие широкого спектра свойств у бактерий в составе пробиотика создает благоприятные условия для развития полезной микрофлоры кишечника, снижается количество патогенных форм, увеличивается количество доступного протеина и незаменимых аминокислот, сахаров и летучих жирных кислот.
Так, на базе одной из свиноводческих ферм Краснодарского края провели опыт, в ходе которого установили, что обогащение рационов пробиотиком Цел-лобактерин+ оказывает позитивный эффект на состав микробиома кишечника молодняка свиней.
О работе кишечной микрофлоры в условиях производства можно судить по результатам анализа зоотехнических показателей. У животных, в рацион которых включали пробиотик, на 9,6% увеличился показатель валового прироста за весь период выращивания (85 сут.) по сравнению с контрольной группой (рис. 2). Это положительно сказалось на показателях конверсии корма.
Содержание витамина А, который способны продуцировать представители нормофлоры, в крови особей опытной группы увеличилось на 12%. Это важный результат, поскольку в организме животных витамин А является важными фактором роста и нормального протекания обмена веществ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Способность противостоять заболеваниям и поддерживать продуктивность у сельскохозяйственных животных в огромной степени определяется составом микробиома. При стрессах, смене рационов, и снижении иммунитета патогенная кишечная микрофлора начинает получать конкурентное преимущество, что приводит к возникновению заболеваний, снижению продуктивности, падежу. Разработанные в центре молекулярно-генетических исследований компании «БИОТРОФ» современные методы анализа микробиома позволяют эффективно оценивать состав представителей всего микробного сообщества кишечника. Живые бактерии в составе пробиотиков помогают нормализовать состав кишечной микрофлоры, избежать проблем, связанных со стрессами, поддержать работу пищеварительной системы у взрослых животных, справиться с диареей в период подсоса и отъема, увеличить продуктивность. Максимальное и эффективное использование труд-нопереваримых кормов на фоне введения пробиоти-ков улучшает показатели конверсии корма, решает проблему введения растительных кормов в рацион, способствуя его удешевлению. В качестве мер коррекции микробиома должны применяться биопрепараты, полученные в результате длительной селекционной работы и имеющие доказанный широкий спектр физиологических эффектов.
