Органоминеральный комплекс на основе ультрадисперсных кремнийсодержащих частиц, как модулятор микробиома желудочно-кишечного тракта крупного рогатого скота

Камирова Айна Маратовна; Сизова Елена Анатольевна; Иванищева Анастасия Павловна; Шошин Даниил Евгеньевич; Яушева Елена Владимировна

Животноводство и кормопроизводство /AnimalHusbandry andFodder Production 2024;107(2) НАНОТЕХНОЛОГИИ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ И КОРМОПРОИЗВОДСТВЕ/ 1 3 NANOTECHNOLOGY IN ANIMAL HUSBANDRY AND FODDER PRODUCTION_

Животноводство и кормопроизводство. 2024. Т. 107, № 2. С. 13-26. Animal Husbandry and Fodder Production. 2024. Vol. 107, no. 2. Р. 13-26.

НАНОТЕХНОЛОГИИ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ И КОРМОПРОИЗВОДСТВЕ

Научная статья

УДК 636.5:636.085.57

doi: 10.33284/2658-3135-107-2-13

Органоминеральный комплекс на основе ультрадисперсных кремнийсодержащих частиц, как модулятор микробиома желудочно-кишечного тракта крупного рогатого скота

Айна Маратовна Камирова1, Елена Анатольевна Сизова2,6, Анастасия Павловна Иванищева3, Даниил Евгеньевич Шошин4,7, Елена Владимировна Яушева5

^•^Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук, Оренбург, Россия

67Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия

[email protected], https://orcid.org/0000-0003-1474-8223

[email protected], https://orcid.org/0000-0002-5125-5981

[email protected], https://orcid.org/0000-0001-8264-4616

[email protected], https://orcid.org/0000-0003-3086-681X

[email protected], https://orcid.org/0000-0002-1589-2211

Аннотация. Органические кислоты и ультрадисперсные частицы (УДЧ), в особенности металлической природы, находят всё большее применение в сельском хозяйстве как удобрения и компоненты кормовых добавок. На данный момент востребованы детальные исследования для подтверждения безопасности и актуальности применения их в кормлении животных. Целью данного исследования было определение влияния органоминерального комплекса на основе УДЧ SiO2 и янтарной кислоты (ЯК) на особенности рубцового и кишечного микробиома и морфобиохимиче-ские показатели крови. Анализ бета-разнообразия показал наличие значимого влияния применения УДЧ SiO2 и ЯК в рационе на организацию бактериальных сообществ в микробиоме рубцовой жидкости в сравнении с контролем. Показано увеличение в микробиоме рубца филумов Bacteroidota, Pseudomonadota и Bacillota. Микробиом толстого кишечника бычков был населён большей частью филумами Bacteroidota (40,8 %), Bacillota (49,3 %) и Verrucomicrobiota (4,41 %). На уровне рода многочисленными являлись следующие таксоны: Bacteroides, Phocaeicola, Paludibacter. Сравнение индексов альфа-разнообразия показало, что применение УДЧ SiO2 и ЯК приводит к увеличению значений показателя Chao-1, что может свидетельствовать о большем количестве видов в микро-биоте толстого кишечника в сравнении с контролем. Значение морфобиохимических показателей сыворотки крови в эксперименте демонстрирует наличие колебаний в рамках физиологических.

Ключевые слова: бычки, казахская белоголовая порода, кормление, ультрадисперсные частицы, янтарная кислота, рубцовая жидкость

Благодарности: работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации № 075-15-2022-682/1.

Для цитирования: Органоминеральный комплекс на основе ультрадисперсных кремнийсодержащих частиц, как модулятор микробиома желудочно-кишечного тракта крупного рогатого скота / А.М. Камирова, Е.А. Сизова, А.П. Иванищева, Д.Е. Шошин, Е.В. Яушева // Животноводство и кормопроизводство. 2024. Т. 107, № 2. С. 13-26. https://doi.org/10.33284/2658-3135-107-2-13

©Камирова А.М., Сизова Е.А., Иванищева А.П., Шошин Д.Е., Яушева Е.В., 2024

Животноводство и кормопроизводство / Animal Husbandry and Fodder Production 2024;107(2)

14 НАНОТЕХНОЛОГИИ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ И КОРМОПРОИЗВОДСТВЕ/ _NANOTECHNOLOGY IN ANIMAL HUSBANDRY AND FODDER PRODUCTION

NANOTECHNOLOGY IN ANIMAL HUSBANDRY AND FODDER PRODUCTION Original article

The organic mineral complex based on ultrafine silicon-containing particles as a microbiome modulator of gastrointestinal tract of cattle

Aina M Kamirova1, Elena A Sizova2,6, Anastasia P Ivanishcheva3, Daniil E Shoshin4,7, Elena V Yausheva5

12,45Federral Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences, Orenburg, Russia

6,7Orenburg State University, Orenburg, Russia

[email protected], https://orcid.org/0000-0003-1474-8223

[email protected], https://orcid.org/0000-0002-5125-5981

[email protected], https://orcid.org/0000-0001-8264-4616

4'[email protected], https://orcid.org/0000-0003-3086-681X

[email protected], https://orcid.org/0000-0002-1589-2211

Abstract. Organic acids and ultrafine particles (UFPs), especially of a metallic nature, are increasingly being used in agriculture as fertilizers and components of feed additives. At the moment, detailed studies are in demand to confirm the safety and relevance of their use in animal feeding. The purpose of this study was to determine the effect of an organomineral complex based on SiO2 UDP and succinic acid (SA) on the characteristics of the rumen and intestinal microbiome and morphobiochemical blood parameters. The analysis of P-diversity showed the presence of a significant effect of the use of UFP SiO2 and SA in the diet on the organization of bacterial communities in the microbiome of rumen fluid, in comparison with the control. An increase in the phylum Bacteroidota, Pseudomonadota and Bacillota in the microbiome of the rumen has been shown. The microbiome of the large intestine of bulls was inhabited mostly by the phylum Bacteroidota (40.8%), Bacillota (49.3%) and Verrucomicrobiota (4.41%). At the genus level, the following taxa were numerous: Bacteroides, Phocaeicola, Paludibacter. Comparison of a-diversity indices showed that the use of UFP SiO2 and SA leads to an increase in the values of the Chao-1 index, which may indicate a greater number of species in the microbiota of the large intestine, compared with the control. The value of morpho-biochemical parameters of blood serum in the experiment demonstrates the presence of fluctuations within the physiological framework.

Keywords: bulls, Kazakh white-headed breed, feeding, ultrafine particles, succinic acid, ruminal

fluid

Acknowledgments: the work was carried out with the financial support of the grant of the President of the Russian Federation, Project No. 075-15-2022-682/1.

For citation: Kamirova AM, Sizova EA, Ivanishcheva AP, Shoshin DE, Yausheva EV. The organic mineral complex based on ultrafine silicon-containing particles as a microbiome modulator of gastrointestinal tract of cattle. Animal Husbandry and Fodder Production. 2024;107(2):13-26. (In Russ.). https://doi.org/10.33284/2658-3135-107-2-13

Введение.

Сбалансированное питание, включающее достаточное количество белка, энергии, витаминов и минералов, является одним из столпов достижения оптимального состояния здоровья в мясном скотоводстве. Минеральное питание играет решающую роль в обеспечении здоровья и продуктивности (Snowder GD et al., 2006). Имея ключевую необходимость для обеспечения биологических процессов, их требуемое количество, как правило, минимально. Примерами таких процессов является формирование неспецифической резистентности, проявление антиоксидантных свойств, а также анаболизм и катаболизм веществ (Galyean ML et al., 1999).

В условиях современного промышленного скотоводства перспективным подходом является применение комплексных поликомпонентных кормовых добавок, обеспечивающих интенсификацию разнопрофильных обменных реакций (Sizova Е et al., 2020). Определённым различием в проявлении активности может быть их форма (Сизова Е.А. и др., 2020; Makaeva A et al., 2020; Ивани-

щева А.П. и др., 2023). Использование измельчения и ультрадисперсных форм элементов способствует лучшему раскрытию функциональных свойств. Применение ультрадисперсных форм кремния в промышленности, биомедицине, пищевых продуктах и защите окружающей среды чрезвычайно перспективно, поскольку они обладают хорошей стабильностью, превосходной биосовместимостью и простотой модификации (Xu L et al., 2014; Сизова Е.А. и др. 2024; Иванищева А.П. и Камирова А.М. 2023), большим потенциалом для широкого применения в контролируемой доставке лекарств (Li RG et al., 2012), медицинской диагностике (Chen Y et al., 2012).

В качестве функциональных стимуляторов в последние годы активно исследуются дикар-боновые кислоты и их производные (Трунов М.А., 2000). Несколько исследований продемонстрировали, что органические кислоты улучшают перевариваемость белка и аминокислот в подвздошной кишке (Partanen K et al., 2007), что связано со снижением рН желудка и повышением активности протеолитических ферментов. Также они могут создавать более благоприятную среду для лак-тобацилл, что полезно для роста и здоровья животных (Ahmed ST et al., 2014). Также продемонстрировано, что органические кислоты улучшают показатели роста и усвояемость питательных веществ (Xu YT et al., 2018; Long SF et al., 2018).

Янтарная является одной из важных органических кислот. Данная кислота принимает участие в биохимических реакциях, повышает продуктивный рост животных, а также устойчивость организма (Папуниди К.Х. и др., 2022).

Цель исследования.

Определить влияние органоминерального комплекса на основе УДЧ SiO2 и ЯК на особенности рубцового и кишечного микробиома и морфобиохимических показатели крови.

Материалы и методы исследования.

Объект исследования. Бычки казахской белоголовой породы.

Обслуживание животных и экспериментальные исследования были выполнены в соответствии с инструкциями и рекомендациями нормативных актов: Модельный закон Межпарламентской Ассамблеи государств-участников Содружества Независимых Государств «Об обращении с животными», ст. 20 (постановление МА государств-участников СНГ № 29-17 от 31.10.2007 г.), Руководство по работе с лабораторными животными (http://fncbst.ru/?page_id=3553). При проведении исследований были предприняты меры для обеспечения минимума страданий животных и уменьшения количества исследуемых опытных образцов.

Схема эксперимента. На тервом этате (эксперимент in vitro) был изучен микробиом рубцовой жидкости крупного рогатого скота с учётом использования УДЧ SiO2 и ЯК на модели «искусственного рубца» с использованием установки-инкубатора «ANKOM Daisy II». Рубцовую жидкость отбирали в 3-литровую банку чeрез хроническую фистулу (d=80 мм, ANKOM Technology Corporation, США). Транспортировку осуществляли в течение 30 минут, поддерживая температурный режим +38,5.. .+39,5 °С. Перед использованием рубцовую жидкость тщательно встряхивали и процеживали через 4 слоя марли. Исследовались ранее выявленные дозировки: для УДЧ Si02 - 7,51 мг/кг корма; ЯК - 30 мг/кг корма.

В качестве модельного корма были использованы пшеничные отруби (ПО) в натуральном виде. Навески измельчённых воздушно-сухих пшеничных отрубей массой 0,5 грамм и исследуемые кормовые добавки соответствующих дозировок помещали в герметичные полиэфирные мешочки, предварительно высушенные до постоянной массы, и закладывали в банки, заливали рубцовой жидкостью с фосфатным буфером в соотношении 1:4, закрывали крышками и выдерживали в термостате при t=+39 °C. По окончанию инкубации образцы рубцовой жидкости использовали для дальнейших исследований.

Пробы помещали в стерильные микропробирки с защёлкивающейся крышкой типа «эппен-дорф» (NuоvаАptаcа S.R.L., Италия), замораживали при -70 °C (криоморозильник ULUF65 «АRCTICО», Дания) и хранили для дальнейшего метагеномного секвенирования. Расчёт индексов альфа- и бета-разнообразия был реализована с помощью Microbiome Analyst (Iannotti LL, 2018).

На втором этапе (эксперимент in vivo) выполнены исследования по оценке морфобиохими-ческих показателей крови при введении в рацион УДЧ Si02 и ЯК на жвачных животных (крупный рогатый скот) в Оренбургской области, село Пруды, СПК Гринцова С.Ф. Для проведения физиологического опыта методом пар-аналогов были подобраны бычки казахской белоголовой породы (n=3) средней массой 320±8,3 кг и возрастом 13 месяцев по живой массе, общему состоянию, породе и возрасту. Животные были случайным образом разделены на группы: контрольную (K) и опытную - УДЧ SiО2+ЯК (7,51+30 мг/кг корма). Рацион включал сено злаковое (1 кг), сено бобовое (2 кг), силос кукурузный (9,5 кг), дроблёную зерносмесь (2 кг), жмых подсолнечный (0,1 кг), патоку кормовую (0,6 кг), соль поваренную (37 г), монокальцийфосфат (47,7 г) и премикс (20 г). В течение эксперимента (подготовительный период - 5 дней, учётный период - 5 дней) бычки были переведены на привязное содержание, индивидуальное кормление. Кровь бралась из хвостовой вены от всех животных утром до кормления.

Оборудование и технические средства. Исследование проводилось на базе центра «Нано-технологии в сельском хозяйстве» и Центра коллективного пользования ФНЦ БСТ РАН (Ы1р://цкп-бст.рф). Определение гематологических параметров крови производилось на автоматическом гематологическом анализаторе DF50 для ветеринарии («Dymind В^есЬ>, Китай). Биохимический анализ крови осуществлялся при помощи автоматического биохимического анализатора CS-T240 («Dirai Industry Со., Ltd.», Китай).

Статистическая обработка. Рассчитывали среднее (М), среднеквадратичное отклонение (±о), стандартную ошибку (±SE). Результаты, полученные для экспериментальной группы, сравнивали с контрольной группой для определения статистической значимости с использованием t-критерия Стьюдента с уровнем статистической значимости Р<0,05-0,001.

Результаты исследований.

Таксономическая характеристика микробиома содержимого рубца. Использование УДЧ Si02 и ЯК не способствовало существенным изменениям бактериального состава микробиома рубцовой жидкости на уровне филумов. В микробиоме опытных образцов, как и в контроле, многочисленными были филумы Bаctеrоidоtа, Psеudоmоnаdоtа и Bаcillоtа. На уровне классов в таксономическом составе микробиома было отмечено снижение доли бактерий Bаctеrоidiа, Sphingоbаctеriiа и Gаmmаprоtеоbаctеriа на 7,35, 3,78 и 2,63 % соответственно относительно контроля. На уровне родов основные изменения в микробиоме были связаны со снижением доли бактерий Lеntimicrоbium и Аат^а^ета на 3,57 и 2,67 %.

Индекс альфа-разнообразия позволил оценить богатство, однородность и равномерность распределения доли таксонов в микробиоте рубцовой жидкости. Однако анализ индексов не показал значимых различий между группами (табл. 1).

Таблица 1. Индексы альфа-разнообразия микробиоты рубцовой жидкости

(эксперимент in vitro) Tаblе 1. Indicеs оf alpha diversity оf the microbiota оf ruminal fluid (in vitro experiment)

Показатель / Indicator Группа / Group P-value

контрольная /control опытная / experimental

^ао-1 416,3±45,5 413,7±51,2 0,98

Simpsоn (1-D) 0,79±0,08 0,79±0,05 0,95

Shаnnоn 4,66±1,3 4,44±1,07 0,91

Анализ бета-разнообразия показал наличие значимого влияния применения УДЧ SiО2 и ЯК в рационе на организацию бактериальных сообществ в микробиоме рубцовой жидкости в сравнении с контролем (рис. 1).

НАНОТЕХНОЛОГИИ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ И КОРМОПРОИЗВОДСТВЕ/ NANOTECHNOLOGY IN ANIMAL HUSBANDRY AND FODDER PRODUCTION

17

• SiOi+ЯК/ SiO2+SA

OA

0.2 0.1

У:

0

-0, E -0,2 -0,3

NMSD1

Примечание: К - контроль, SiO2+ЯК/ SiO2+SA - опытная группа Note: К - control, SiO2+ЯК/ SiO2+SA - experiment Рисунок 1. Бета-разнообразие микробиты рубцовой жидкости исследуемых групп с использованием статистического метода PERMANOVA, не метрического многомерного масштабирования и несходства Брея-Кертиса (р=0,5) (эксперимент in vitro) (n=3) Figure 1. Beta diversity of the microbiota of ruminal fluid of the studied groups using the statistical method of PERMANOVA, non-metric multidimensional scaling and the Bray-Curtis dissimilarity

(p=0.5) (in vitro experiment) (n=3)

Таксономическая характеристика кишечного микробиома на фоне применения минерального комплекса (эксперимент in vivo). Анализ таксономического состава микробиома толстого кишечника бычков показал, что большая часть идентифицированных бактерий относилась к филумам Bаctеrоidоtа (40,8 %), BаcШоtа (49,3 %) и Vеrrucоmicrоbiоtа (4,41 %). Основными таксонами на уровне класса являлись Bаctеrоidiа (31,0 %), Sphingоbаctеriiа (7,71 %), Clоstridiа (47,7 %) и Vеrrucоmicrоbiае (3,50 %). Среди многочисленных семейств были отмечены Bаctеrоidаcеае (11,8 %), Pаludibаctеrаcеае (4,87 %), Prеvоtеllаcеае (4,37 %), Rikеnеllаcеае (4,62 %), Sphingоbаctеriаcеае (7,71 %), ОscШоspirаcеае (22,4 %), Аkkеrmаnsiаcеае (3,50 %). На уровне рода многочисленными являлись следующие таксоны: Bаctеrоidеs, Phоcаеicоlа, Pаludibаctеr, Pаrаprеvоtеllа, Pаrаpеdоbаctеr, Аlistipеs, Intеstinimоnаs, Cbstridrnm IV, Аkkеrmаnsiа, Еubаctеrium, Аcеtivibriо, относительная численность каждого из которых составляла 2-11 % от общего числа.

Комплекс УДЧ Si02 и ЯК способствовал увеличению доли бактерий таксона BаcШоtа (+8,39 %) в микробиоме в сравнении с контролем. В рамках таксона BаcШоtа относительно контроля отмечалась более высокая относительная численность бактерий таксонов Clоstridiа (+7,93 %) и ОscШоspirаcеае (+5,35 %). Несмотря на отсутствие значимых изменений доли бактерий филума Bаctеrоidоtа, было отмечено изменение доли таксонов Sphingоbаctеriiа (-5,59 %) и Flаvоbаctеriiа (+6,80 %) в микробиоме толстого кишечника животных опытной группы в сравнении с контролем.

Расчёт индексов ^ао-1, Simpsоn (1-D), Shannon показал высокое биоразнообразие и равномерность распределения доли таксонов в микробиоте толстого кишечника. Сравнение индексов альфа-разнообразия показало, что использование опытной добавки приводит к увеличению значений показателя ^ао-1, что возможно говорит о большем количестве родов в микробиоценозе толстого кишечника, в сравнении с контролем (табл. 2).

Таблица 2. Индексы альфа-разнообразия микробиоты толстого кишечника (эксперимент in vivo) ТаЫе 2. Indices of alpha diversity of the microbiota of the large intestine (in vivo experiment)

Показатель / Indicator Группа / Group P-value

контрольная / Control опытная / Experimental

Chao-1 Simpson(l-D) Shannon 460,3±11,7 513,7±13,6 0,016 0,98±0,003 0,98±0,03 0,14 5,16±0,03 5,25±0,0,1 0,01

18 НАНОТЕХНОЛОГИИ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ И КОРМОПРОИЗВОДСТВЕ/ _NANOTECHNOLOGY IN ANIMAL HUSBANDRY AND FODDER PRODUCTION

Оценка бета-разнообразия показала наличие значимого различия в микробиоте толстого кишечника животных обеих групп (рис. 2).

0,0-1 0,02 0

S -0,02

Q g

g -0,04 -0,06

0,01 0 0,01 0,02

Примечание: К - контроль, SiO2+ЯК/ SiO2+SA - опытная группа Note: К - ^frol, SiO2+ЯК/ SiO2+SA - experiment Рисунок 2. Бета-разнообразие микробиты толстого кишечника исследуемых групп с использованием статистического метода PЕRMАNОVА, не метрического многомерного

масштабирования и несходства Брея-Кертиса (р=0,001) (эксперимент in vivo) (n=3) Figure 2. Beta diversity of the large intestine microbiota of the studied groups using the statistical method of PERMANOVA, non-metric multidimensional scaling and Bray-Curtis dissimilarity

(p=0.001) (in vivo experiment) (n=3)

-0,08 -0,1

SiOi+ЯК/

s°2+sA

0,U8 -0,07 -0,06 -0,05 -0,04 -UJJ3 -0,02

NMDS1

Морфобиохимические показатели крови на фоне применения минерального комплекса (эксперимент in vivo). Изучение морфобиохимических показателей крови в эксперименте важно для оценки наличия колебаний значения показателей. Так, в опытной группе увеличивается количество базофилов, эритроцитов, гемоглобина и гематокрита на 12,5; 8,20; 1,90 и 12,9 % по сравнению с контролем. Однако количество лейкоцитов и тромбоцитов, напротив, снижается на 11,5 и 2,10 % относительно контрольной группы (табл. 3).

Таблица 3. Морфологические показатели крови подопытных животных (Эксперимент in vivo) Table 3. Morphological parameters of the blood of experimental animals (in vivo experiment)

Показатель / Indicator Группа / Group

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

контрольная/ Control опытная / Experimental

Количество лейкоцитов, 109/л / Пе numbеr оf whitе blood cells, 109/l Доля нейтрофилов, % /Пе proportion оf neutrophils, % Доля лимфоцитов, % /Пе proportion оf lymphocytes, % Доля моноцитов, % /Ше proportion оf monocytes, % Доля эозинофилов, % /Ше proportion оf eosinophils, % Доля базофилов, % /Пе proportion оf basophils, % Количество эритроцитов, 1012/л / Пе number оf red blood cells, 1012/l Концентрация гемоглобина, г/л / Hemoglobin concentration, g/l Гематокрит, % /Hematocrit, % Количество тромбоцитов, 109/л /Plаtеlеt count, 109/l 9,24±1,25 8,18±0,30 29,00±4,10 21,30±0,50* 58,90±4,70 62,50±0,10 7,50±0,20 8,60±1,30 3,70±0,50 6,45±2,05 0,90±0,10 1,15±0,35 5,21±0,74 5,63±0,17 102,50±6,50 104,50±6,50 21,70±2,70 24,50±1,40 280,00±23,0 274,00±13,0

Примечание: * - Р<0,05 Note: * - Р<0.05

Было отмечено, что добавление УДЧ Si02 и ЯК повлияло на концентрацию сывороточного белка и альбумина, снижая их на 8,10 % и 5,20 % соответственно по сравнению с контролем. Показатель креатинина в опытной группе также снижался на 29,2 % по сравнению с контролем. Исследования показали, что применение УДЧ Si02 и ЯК в составе рациона влияет на жировой обмен. Так, к концу эксперимента концентрация триглицеридов увеличивается на 2,20 %, а холестерина снижается на 4,80 % относительно контроля. Показатели минерального обмена изменяются в ходе эксперимента. Так, концентрация кальция и железа снижается на 13,5 и 21,0 % на фоне применения кормовой добавки. Уровень фосфора, напротив, увеличивается на 0,40 % по сравнению с контрольной группой (табл. 4).

Таблица 4. Биохимические показатели крови подопытных животных (эксперимент in vivo) Tаblе 4. Biochemical blood parameters оf experimental animals (in vivo experiment)

Показатель / Indicator Группа / Group

контрольная/ опытная/ Control Experimental

Общий белок, г/л / Total protein, g/l Альбумин, г/л / Albumin, g/l Креатинин, мкмоль/л / Creatinine, fmol/l Холестерин, ммоль/л / Cholesterol, mmol/l Триглицериды, ммоль/л / Triglycerides, mmol/l Железо, мкмоль/л / Iron, fmol/l Кальций, ммоль/л / Calcium, mmol/l Фосфор, ммоль/л / Phosphorus, mmol/l 77,2±4,55 70,9±4,01 38,0±0,001 36,0±1,00* 220,0±43,00 155,9±44,30 2,72±0,09 2,60±0,12 1,85±0,04 1,89±0,01 35,0±1,20 27,5±0,25* 1,89±0,11 1,63±0,22 2,37±0,10 2,40±0,42

Примечание: * - Р<0,05

Note: * - P<0.05

Обсуждение полученных результатов.

Помимо обилия видов бактерий, рубец и кишечник считаются высокоразвитыми и разнообразными резервуарами микроорганизмов, способных разлагать растительный материал.

Экосистема рубца и кишечника животных представляет собой сложную и динамичную среду, населённую многочисленными микроорганизмами, включая бактерии, простейшие и грибы. Эти микроорганизмы находятся в тесных симбиотических взаимосвязях друг с другом и с хозяином в строго бескислородных (анаэробных) условиях (Pitt^ DW еt а1, 2010; Ozutsumi Y еt а1, 2005). В рубце животных обитает чрезвычайно разнообразное сообщество бактерий, насчитывающее сотни различных видов. Эти бактерии играют жизненно важную роль в разложении и ферментации растительного материала, что позволяет хозяину извлекать питательные вещества из сложных растительных волокон. Состав бактериального сообщества рубца может варьироваться в зависимости от типа потребляемой пищи, физиологического состояния хозяина и генетических факторов (McАllistеr TA еt а1, 1990). Также группы бактерий наиболее чувствительны к тем питательным веществам и пищевым добавкам, которые животные используют в своём рационе (Chеn YH еt аГ, 2011; Lоgаchеv K еt а1, 2015). Поэтому особенно важно учитывать бактериальный состав при изменении рациона сельскохозяйственных животных. Важным моментом является то, что пищевые добавки, используемые в рационе животных, были нетоксичны для микрофлоры, населяющей рубец и кишечник, и окружающей среды. Вот почему в этих исследованиях особое внимание уделяется изучению бактериального микробиоценоза крупного рогатого скота при кормлении органо-минеральной добавки корма.

Толстый кишечник в основном состоял из филумов Bаctеrоidоtа (40,8 %), Bаcillоtа (49,3 %) и Vеrrucоmicrоbiоtа (4,41 %). Наиболее распространёнными классами в микробиоценозе являются

Bаctеrоidiа (31,0 %), Sphingоbаctеriiа (7,71 %), Clоstridiа (47,7 %) и Vеrrucоmicrоbiае (3,50 %). Введение в рацион животных минеральных добавок не приводило к значительным изменениям в составе микробиоценоза, что соответствует предыдущим исследованиям. Введение в рацион животных органоминерального комплекса также не привело к существенным изменениям в микробиоценозе, но немного сместило баланс в пользу микроорганизмов, ответственных за наилучшую усвояемость корма (Karimov I еt а1., 2017; WIШаms K еt а!., 2015; Bagirov VA еt а1., 2018; Макаева А.М. и др., 2019).

Анализ морфобиохимических показателей крови говорит о том, что данная добавка оказывает положительное влияние на здоровье и метаболизм опытных животных. Таким образом, на введение органоминеральной добавки в эксперименте не наблюдается воспалительных реакции, концентрация гемоглобина и гематокрита возрастает. Известно, что и для других ультрадисперсных форм достигнут эффект повышения гемоглобина (Аjdаry M еt а1., 2015; Lоgаchеv K еt а1., 2015). Уменьшение числа тромбоцитов на фоне введения добавок уменьшает перфузию по сосудам микроциркуляции. Аналогичные результаты описаны для других частиц (Fisinin VI еt а1., 2018; Shumаkоvа АА еt а1., 2014).

Кремний способен стимулировать функциональную активность гранулоцитов и интенсифицировать метаболические процессы (Колбин И.А. и Колесников О.Л., 2010). Кроме того, исследование показывает способность кремния развивать моноциты и перитонеальные макрофаги, что приводит к высвобождению интерлейкина-1.

Креатинин, являющийся обезвоженной формой креатина, участвующей в энергетическом обмене в мышцах ^ага^а LА еt а1., 2014), снижается на фоне введения добавки по сравнению с контрольной группой, возможно, это связано с тем, что креатинин переходит в креатинфосфат, который затем поступает в мышцы в форме энергии, активизируя биохимические процессы (Мота L et а1., 2007).

Выводы.

Анализ бета-разнообразия показал наличие значимого влияния применения УДЧ Si02 и ЯК в рационе на организацию бактериальных сообществ в микробиоме рубцовой жидкости в сравнении с контролем. Показано увеличение в микробиоме рубца филумов Bаctеrоidоtа, Psеudоmоnаdоtа и Bаcillоtа. Микробиом толстого кишечника бычков был населён большей частью филумами Bаctеrоidоtа (40,8 %), Bаcillоtа (49,3 %) и Vеrrucоmicrоbiоtа (4,41 %). На уровне рода многочисленными являлись следующие таксоны: Bаctеrоidеs, Phоcаеicоlа, Pаludibаctеr. Сравнение индексов альфа-разнообразия показало, что применение УДЧ Si02 и ЯК приводит к увеличению значений показателя ^ао-1, что может свидетельствовать о большем количестве видов в микробиоте толстого кишечника в сравнении с контролем. Значение морфо-биохимических показателей сыворотки крови в эксперименте демонстрирует наличие колебаний в рамках физиологических.

Список источников

1. Включение экстракта Q^rcus сойех в рацион бройлеров изменяет их убойные показатели и биохимический состав мышечной ткани / В.А. Багиров, Г.К. Дускаев, Н.М. Казачкова, Ш.Г. Рахматуллин, Е.В. Яушева, Д.Б. Косян, Ш.А. Макаев, Х.Б. Дусаева // Сельскохозяйственная биология. 2018. Т. 53. № 4. С. 799-810. [Bagirov VA, Duskaev GK, Kazachkova NM, Rakhmat-u11in ShG, Yausheva EV, Kosyan DB, Makaev ShA, Dusaeva KhB. Addition of Quercus cortex extract to broi1er diet changes s1aughter indicators and biochemica1 composition of musc1e tissue. Se1'skokhozyaistvennaya Bio1ogiya [Agricu1tura1 Bio1ogy]. 2018;53(4):799-810. (In Russ.)]. dоi: 10.15389/аgrоbiо1оgy.2018.4.799rus dоi: 10.15389/аgrоbiо1оgy.2018.4.799eng

2. Иванищева А.П., Камирова А.М. Влияние комплекса оксида кремния и янтарный кислоты на элементный состав рубцового содержимого жвачных животных // Мировые научные достижения в области естественных и технических наук: материалы X Междунар. науч.-практ.

конф. Рязань, 2023. С. 142-144. [Ivanishcheva AP, Kamirova AM. The effect of the complex of silicon oxide and succinic acid on the elemental composition of the scar contents of ruminants (Conference proceedings) World scientific achievements in the field of natural and technical sciences. Materials of the X International Scientific and Practical Conference. Ryazan'; 2023:142-144. (In Russ.)].

3. Изменение иммунологических и продуктивных показателей у цыплят-бройлеров под влиянием биологически активных веществ из экстракта коры дуба / В.И. Фисинин, А.С. Ушаков, Г.К. Дускаев, Н.М. Казачкова, Б.С. Нуржанов, Ш.Г. Рахматуллин, Г.И. Левахин // Сельскохозяйственная биология. 2018. Т. 53. № 2. С. 385-392. [Fisinin VI, Ushakov AS, Duskaev GK, Ka-zachkova NM, Nurzhanov BS, Rakhmatullin ShG, Levakhin GI. Mixtures of biologically active substances of oak bark extracts change immunological and productive indicators of broilers. Sel'skokhozyaistvennaya Biologiya [Agricultural Biology]. 2018;53(2):385-392. (In Russ.)]. doi: 10.15389/аgrоbiоlоgy.2018.2.385rus doi: 10.15389/аgrоbiоlоgy.2018.2.385eng

4. Колбин И.А., Колесников О.Л. Фагоцитарная активность нейтрофильных грануло-цитов при воздействии наночастиц диоксида кремния // Вестник Уральской медицинской академической науки. 2010. № 2-1(29). С. 36-37. [KolbinI A, Kolesnikov OL. Fagocitarnaja aktivnost' nejtro-fil'nyh granulocitov pri vozdejstvii nanochastic dioksida kremnija. Journal of Ural Medical Academic Science. 2010;2-1(29):36-37. (In Russ.)].

5. Кормовая добавка на основе кремния в рационе цыплят-бройлеров / Е.А. Сизова, К.В. Рязанцева, Л.Л. Мусабаева, К.С. Нечитайло, А.П. Иванищева, Е.А. Власов // Птица и птице-продукты. 2024. № 2. С. 36-39. [Sizova EA, Ryazantseva KV, Musabaeva LL, Nechitailo KS, Ivanishcheva AP, Vlasov EA Feed additive based on silicon in the diet of broiler chickens. Poultry and Poultry Products. 2024;2:36-39. (In Russ.)].

6. Макро- и микроэлементы в питании животных: многообразие веществ и форм / А.П. Иванищева, Е.А. Сизова, А.М. Камирова, Л.Л. Мусабаева, М.В. Соловьёв // Животноводство и кормопроизводство. 2023. Т. 106. № 2. С. 85-111. [Ivanishcheva AP, Sizova EA, Kamirova AM, Musabaeva LL, Solovyov MV. Macro- and microelements in animal nutrition: a variety of substances and forms. Animal Husbandry and Fodder Production. 2023;106(2):85-111. (InRuss.)]. doi: 10.33284/2658-3135-106-2-85

7. Научное обоснование применения янтарной кислоты и препаратов на ее основе (монография) / К.Х. Папуниди, Э.К. Папуниди, Л.Ф. Якупова, О.А. Грачева, А.Х. Волков, С.Ю. Смоленцев. Йошкар-Ола: Марийский гос. ун-т, 2022. 234 с. [Papunidi KH, Papunidi EK, Ya-kupova LF, Gracheva OA, Volkov AH, Smolentsev SY. Scientific justification of the use of succinic acid and preparations based on it (monograph). Yoshkar-Ola: Mari State University; 2022:234 p. (In Russ.)].

8. Перспективность использования ультрадисперсной формы металлов в кормлении животных / Е.А. Сизова, К.С. Нечитайло, А.П. Иванищева, Н.И. Рябов // Животноводство и кормопроизводство. 2020. Т. 103. № 3. С. 177-189. [Sizova EA, Nechitailo KS, Ivanishcheva AP, Ryabov NI. The prospects of using ultra-dispersed forms of metals in animal feeding. Animal Husbandry and Fodder Production. 2020;103(3):177-189. (In Russ.)]. doi: 10.33284/2658-3135-103-3-177

9. Токсикологическая оценка наноструктурного диоксида кремния I. Интегральные показатели, аддукты ДНК, уровень тиоловых соединений и апоптоз клеток печени / А.А. Шумакова, Е.А. Арианова, В.А. Шипелин, Ю.С. Сидорова, А.В. Селифанов, Э.Н. Трушина, О.К. Мустафи-на, И.В. Сафенкова, И.В. Гмошинский, С.А. Хотимченко, В.А. Тутельян // Вопросы питания. 2014. Т. 83. № 3. С. 52-62. [Shumakova AA, Arianova EA, Shipelin VA, Sidorova YuS, Selifanov AV, Trushi-na EN, Mustafina OK, Safenkova IV, Gmoshinsky IV, Khotimchenko SA, Tutelyan VA. Toxicological assessment of nanostructured silica. I. Integral indices, adducts of DNA, tissue thiols and apoptosis in liver. Problems of Nutrition. 2014;83(3):52-62.(In Russ.)].

10. Трунов М.А. Действие и применение препарата ЯК-85 в птицеводстве: автореф. дис. канд. вет. наук. Краснодар, 2000. 15 с. [Trunov MA. Dejstvie i primenenie preparata JaK-85 v pticevodstve: avtoref. dis. kand. vet. nauk. Krasnodar; 2000:15 р. (In Russ.)].

11. Элементный и микроэкологический состав рубца при использовании в кормлении крупного рогатого скота высокодисперсных частиц / А.М. Макаева, К.Н. Атландерова, Е.А. Сизо-

ва, С.А. Мирошников, В.В. Ваншин // Животноводство и кормопроизводство. 2019. Т. 102. № 3. С. 19-32. [Makaeva AM, Atlanderova KN, Sizova EA, Miroshnikov SA, Vanshin VV. The elemental and microecological composition of rumen after use of highly dispersive particles in cattle feeding. Animal Husbandry and Fodder Production. 2019;102(3):19-32. (In Russ.)]. doi: 10.33284/2658-3135-102-3-19

12. Ahmed ST, Hwang JA, Hoon J, Mun HS, Yang CJ. Comparison of single and blend acidi-fiers as alternative to antibiotics on growth performance, fecal microflora, and humoral immunity in weaned piglets. Asian-Australas J Anim Sci. 2014;27(1):93-100. doi: 10.5713/ajas.2013.13411

13. Ajdary M, Ghahnavieh MZ and Naghsh N. Sub-chronic toxicity of gold nanoparticles in male mice. Adv Biomed Res. 2015;4:67. doi: 10.4103/2277-9175.153890

14. Chen Y, Oba M, Guan LL. Variation of bacterial communities and expression of Toll-like receptor genes in the rumen of steers differing in susceptibility to subacuteruminal acidosis. Veterinary Microbiology. 2012;159(3-4):451-459. doi: 10.1016/j.vetmic.2012.04.032

15. Chen YH, Penner GB, Li MJ, Oba M, Guan LL. Changes in bacterial diversity associated with epithelial tissue in the beef cow rumen during the transition to a high-grain diet. Appl Environ Microbiol. 2011;77(16):5770-5781. doi: 10.1128/AEM.00375-11

16. Galyean ML, Perino LJ, Duff GC. Interaction of cattle health/immunity and nutrition. J Anim Sci. 1999;77(5): 1120-1134. doi: 10.2527/1999.7751120x

17. Iannotti LL. The benefits of animal products for child nutrition in developing countries. Rev Sci Tech. 2018;37(1):37-46. doi: 10.20506/rst.37.1.2738

18. Karimov I, Duskaev G, Inchagova K, Kartabaeva M. Inhibition of bacterial Quorum sensing by the ruminal fluid of cattle. Int J of Geomate. 2017;13(40): 88-92. doi: 10.21660/2017.40.65948

19. Li RG, Wang XP, Wang CY, Ma MW, Li FC. Growth performance, meat quality and fatty acid metabolism response of growing meat rabbits to dietary linoleic acid. Asian-Aust J Anim Sci. 2012;25(8):1169-1177. doi: 10.5713/ajas.2012.12085

20. Logachev K, Karimov I, Duskaev G, Frolov A, Tulebaev S ,Zavyalov O. Study of intercellular interaction of ruminal microorganisms of beef cattle. Asian J of Animal Sci. 2015;9(5):248-253. doi: 10.3923/ajas.2015.248.253

21. Long SF, Xu YT, Pan L, et al. Mixed organic acids as antibiotic substitutes improve performance, serum immunity, intestinal morphology and microbiota for weaned piglets. Anim Feed Sci Technol. 2018;235:23-32. doi: 10.1016/j.anifeedsci.2017.08.018

22. Makaeva A, Atlanderova K, Duskaev G, Nurzhanov B, Rysaev A. Effects of folia betulae and menthe piperita extracts on microbiological and enzymatic characteristics of cattle rumen. Journal of Animal Science. 2020;98(S4):257-258. doi: 10.1093/jas/skaa278.465

23. McAllister TA, Rode LM, Major DJ, Cheng KJ, Buchanan-Smith JG. Effect of ruminal microbial colonization on cereal grain digestion. Can J Anim Sci. 1990;70(2):571-579. doi: 10.4141/cjas90-069

24. Mora L, Sentandreu MA, Toldra F. Hydrophilic chromatographic determination of carno-sine, anserine, balenine, creatine, and creatinine. J of Agricultural and Food Crumenistry. 2007;55(12):4664-4669. doi: 10.1021/jf0703809

25. Ozutsumi Y, Tajima K, Takenaka A, Itabashi H. The effect of protozoa on the composition of rumen bacteria in cattle using 16S rRNA gene clone libraries. Biosci Biotechnol Biochem. 2005;69(3):499-506. doi: 10.1271/bbb.69.499

26. Partanen K, Jalava T, Valaja J. Effects of a dietary organic acid mixture and of dietary fibre levels on ileal and faecal nutrient apparent digestibility, bacterial nitrogen flow, microbial metabolite concentrations and rate of passage in the digestive tract of pigs. Animal. 2007;1(3):389-401. doi: 10.1017/S1751731107657838

27. Pitta DW, Pinchak WE, Dowd SE, Osterstock J, Gontcharova V, Youn E, Dorton K, Yoon I, Min BR, Fulford JD, Wickersham TA, Malinowski DP. Rumen bacterial diversity dynamics associated with changing from bermudagrass hay to grazed winter wheat diets. Microb Ecol. 2010;59:511-522. doi: 10.1007/s00248-009-9609-6

28. Saraiva LA, Silva TPD, Paraguaio PE, Araüjo MS, Sousa SV, Machado LP. Serum urea, creatinine and enzymatic activity of alkaline phosphatase in Nelore cattle raised in the Micro Upper Middle Gurgueia. Anim Vet Sci. 2014;2(4):105-108. doi: 10.11648/j.avs.20140204.14

29. Sizova E, Miroshnikov S, Lebedev S, Usha B, Shabunin S. Use of nanoscale metals in poultry diet as a mineral feed additive. Animal Nutrition. 2020;6(2):185-191. doi: 10.1016/j.aninu.2019.11.007

30. Snowder GD, Van Vleck LD, Cundiff LV, Bennett GL. Bovine respiratory disease in feedlot cattle: environmental, genetic, and economic factors. J Anim Sci. 2006;84(8):1999-2008. doi: 10.2527/jas.2006-046

31. Williams K, Milner J, Boudreau MD, Gokulan K, Cerniglia CE, Khare S. Effects of sub-chronic exposure of silver nanoparticles on intestinal microbiota and gut-associated immune responses in the ileum of Sprague-Dawley rats. Nanotoxicol. 2015;9(3):279-89. doi: 10.3109/17435390.2014.921346

32. Xu L, Hou Y, Bickhart DM, Song J, Tassell CPV, Sonstegard TS, Liu GE. A genome-wide survey reveals a deletion polymorphism associated with resistance to gastrointestinal nematodes in Anguscattle. Funct Integr Genomics. 2014;14(2):333-339. doi: 10.1007/s10142-014-0371-6

33. Xu YT, Liu L, Long SF, Pan L, Piao XS. Effect of organic acids and essential oils on performance, intestinal health and digestive enzyme activities of weaned pigs. Anim Feed Sci Technol. 2018;235:110-119. doi: 10.1016/j.anifeedsci.2017.10.012

References

1. Bagirov VA, Duskaev GK, Kazachkova NM, Rakhmatullin ShG, Yausheva EV, Kosyan DB, Makaev ShA, Dusaeva KhB. Addition of Quercus cortex extract to broiler diet changes slaughter indicators and biochemical composition of muscle tissue. Sel'skokhozyaistvennaya Biologiya [Agricultural Biology]. 2018;53(4):799-810. dоi: 10.15389/аgrоbiоlоgy.2018.4.799eng

2. Ivanishcheva AP, Kamirova AM. The effect of the complex of silicon oxide and succinic acid on the elemental composition of the scar contents of ruminants. (Conference proceedings) In the collection: World scientific achievements in the field of natural and technical sciences. Materials of the X International Scientific and Practical Conference. Ryazan'; 2023:142-144.

3. Fisinin VI, Ushakov AS, Duskaev GK, Kazachkova NM, Nurzhanov BS, Rakhmat-ullin ShG, Levakhin GI. Mixtures of biologically active substances of oak bark extracts change immunological and productive indicators of broilers. Sel'skokhozyaistvennaya Biologiya [Agricultural Biology]. 2018;53(2):385-392. doi: 10.15389/аgrоbiоlоgy.2018.2.385eng

4. Kolbin IA, Kolesnikov OL. Phagocytic activity of neutrophil granulocytes exposed to silicon dioxide nanoparticles. Journal of Ural Medical Academic Science. 2010;2-1(29):36-37.

5. Sizova EA, Ryazantseva KV, Musabaeva LL, Nechitailo KS, Ivanishcheva AP, Vlasov EA. Feed additive based on silicon in the diet of broiler chickens. Poultry and Poultry Products. 2024;2:36-39.

6. Ivanishcheva AP, Sizova EA, Kamirova AM, Musabaeva LL, Solovyov MV. Macro- and microelements in animal nutrition: a variety of substances and forms. Animal Husbandry and Fodder Production. 2023;106(2):85-111. doi: 10.33284/2658-3135-106-2-85

7. Papunidi KH, Papunidi EK, Yakupova LF, Gracheva OA, Volkov AH, Smolentsev SY. Scientific justification of the use of succinic acid and preparations based on it (monograph). Yoshkar-Ola: Mari State University; 2022:234 p.

8. Sizova EA, Nechitailo KS, Ivanishcheva AP, Ryabov NI. The prospects of using ultra-dispersed forms of metals in animal feeding. Animal Husbandry and Fodder Production. 2020;103(3):177-189. doi: 10.33284/2658-3135-103-3-177

9. Shumakova AA, Arianova EA, Shipelin VA, Sidorova YuS, Selifanov AV, Trushina EN, Mustafina OK, Safenkova IV, Gmoshinsky IV, Khotimchenko SA, Tutelyan VA. Toxicological assessment of nanostructured silica. I. Integral indices, adducts of DNA, tissue thiols and apoptosis in liver. Problems of Nutrition. 2014;83(3):52-62.

10. Trunov MA. Action and use of the drug YAK-85 in poultry farming: abstract. dis. Ph.D. vet. Sci. Krasnodar; 2000:15 р.

11. Makaeva AM, Atlanderova KN, Sizova EA, Miroshnikov SA, Vanshin VV. The elemental and microecological composition of rumen after use of highly dispersive particles in cattle feeding. Animal Husbandry and Fodder Production. 2019;102(3):19-32. doi: 10.33284/2658-3135-102-3-19