CC BY
0
Научная статья/Research Article УДК 645.2.022.21.054.676.22/.28.03
Елена Александровна Йылдырым,н Георгий Юрьевич Лаптев2,
Елена Германовна Дубровина3, Лариса Александровна Ильина4, Дарья Георгиевна Тюрина5, Валентина Анатольевна Филиппова6, Андрей Валерьевич Дубровин7, Ксения Андреевна Калиткина8, Сергей Павлович Скляров9
мдадСанкт-Петербургский государственный аграрный университет, Санкт-Петербург, Пушкин, Россия
2357ООО «БИОТРОФ», Санкт-Петербург, Пушкин, Россия
1deniz@biotrof.ru
2georg-laptev@rambler.ru
3edubrovina@biotrof.ru
4ilina@biotrof.ru
5tiurina@biotrof.ru
6filippova@biotrof.ru
7dubrovin@biotrof.ru
8kseniya.k.a@biotrof.ru
9sklyarov@spbgau.ru
РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА СОСТАВА МИКРОФЛОРЫ РУБЦА КОРОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ ПРОБИОТИКА МЕТОДОМ NGS-СЕКВЕНИРОВАНИЯ
Цель исследования - изучение влияния пробиотика «Профорт-Т» на состав микробиома рубца дойных коров методом NGS-секвенирования, продуктивность и гематологические показатели сыворотки крови животных. Эксперимент проводили на коровах черно-пестрой породы в течение 60 сут. Были сформированы группы-аналоги по 20 голов каждая: контрольная I (получавшая основной рацион (ОР)) и опытная II (получавшая ОР и пробиотик «Профорт-Т»). ОР состоял: из силоса - 42,26 кг; сена - 1,97; комбикорма - 14,67 кг; соли, мела, соды. Коровы опытной группы II получали пробиотик «Профорт-Т» из расчета 0,03 кг на 1 голову со дня поступления в новотельную группу. Кормовая добавка раздавалась вручную каждой голове опытной группы II в новотельный период и частично в раздой. Животные находились в одинаковых условиях содержания. Содержание животных - привязное. Бактериальное сообщество рубца оценивали методом NGS-секвенирования на секвенаторе MiSeq (Illumina, Inc., США). Применение пробиотика (опытная группа II) позволило увеличить среднесуточные надои от 14,9 до 22,0 % по сравнению с контролем (P < 0,05) и снизить содержание соматических клеток в молоке коров от 21,6 до 33,5 % (P < 0,05). Проведение NGS-секвенирования продемонстрировало, что в составе микрофлоры рубца исследованных коров был обнаружен 21 филум микроорганизмов. Наиболее представленными (P < 0,05) в рубце были бактерии филума Bacteroidetes - от 46,6 ± 4,48 до 58,1 ± 5,52 %. Доля целлюлозолитических бактерий Candidatus Saccharibacteria увеличивалась в опытной группе II в конце эксперимента по сравнению с контролем в 1,9 раза (P < 0,05). Микроорганизмы Proteobacteria и Fusobacteria снижались в опытной группе II по сравнению с контролем в 5,7 и 1,8 раза соответственно (P < 0,05), т. е. применение пробиотика «Профорт-Т» привело к улучшению структуры микробного сообщества рубца коров.
Ключевые слова: микробиом, рубец, NGS-секвенирование, Профорт-Т, высокопродуктивные коровы
© Йылдырым Е.А., Лаптев Г.Ю., Дубровина Е.Г., Ильина Л.А., Тюрина Д.Г., Филиппова В.А., Дубровин А.В.,
Калиткина К.А., Скляров С.П., 2024 Вестник КрасГАУ. 2024. № 1. С. 108-118. БиННеп КгавЗДи. 2024;(1):108-118.
Для цитирования: Результаты анализа состава микрофлоры рубца коров под влиянием про-биотика методом NGS-секвенирования / Е.А. Йылдырым [и др.] // Вестник КрасГАУ. 2024. № 1. С. 108-118.
Благодарности: работа выполнена в рамках государственного задания при финансовой поддержке Министерства сельского хозяйства РФ № 1022041400153-7-2.8.1.
Elena Alexandrovna Yildinm,H Georgy Yuryevich Laptev2, Elena Germanovna Dubrovina3, Larisa Alexandrovna Ilyina4, Daria Georgievna Tyurina5, Valentina Anatolyevna Filippova6, Andrey Valerievich Dubrovin7, Ksenia Andreevna Kalitkina8, Sergei Pavlovich Sklyarov9
u^St. Petersburg State Agrarian University, St. Petersburg, Pushkin, Russia
2357LLC "BIOTROF", St. Petersburg, Pushkin, Russia
1deniz@biotrof.ru
2georg-laptev@rambler.ru
3edubrovina@biotrof.ru
4ilina@biotrof.ru
5tiurina@biotrof.ru
6filippova@biotrof.ru
7d u brovin@biotrof.ru
8kseniya.k.a@biotrof.ru
9sklyarov@spbgau.ru
ANALYSIS RESULTS OF COW RUMEN MICROFLORA COMPOSITION UNDER THE PROBIOTICS INFLUENCE BY NGS SEQUENCING METHOD
The purpose of research is to study the effect of the probiotic Profort-T on the composition of the rumen microbiome of dairy cows using NGS sequencing, productivity and hematological parameters of the animals' blood serum. The experiment was carried out on black-and-white cows for 60 days. Analogue groups of 20 animals each were formed: control group I (received the basic diet (BD)) and experimental group II (received the BD diet and the Profort-T probiotic). The BD consisted of: silage - 42.26 kg; hay - 1.97; mixed feed - 14.67 kg; salt, chalk, soda. The cows of experimental group II received the probiotic Profort-T at the rate of 0.03 kg per 1 head from the day of admission to the new calving group. The feed additive was distributed manually to each head of experimental group II during the new calving period and partially during milking. The animals were kept under the same conditions. Animals are kept in tethered conditions. The rumen bacterial community was assessed by NGS sequencing using a MiSeq sequencer (Illumina, Inc., USA). The use of a probiotic (experimental group II) made it possible to increase the average daily milk yield from 14.9 to 22.0 % compared to the control (P < 0.05) and reduce the content of somatic cells in cows' milk from 21.6 to 33.5 % (P < 0.05). NGS sequencing demonstrated that 21 phyla of microorganisms were found in the rumen microflora of the studied cows. The most represented (P < 0.05) bacteria in the rumen were bacteria of the phylum Bacteroidetes - from 46.6 ± 4.48 to 58.1 ± 5.52 %. The proportion of cellulolytic bacteria Candidatus Saccharibacteria increased in experimental group II at the end of the experiment compared to the control by 1.9 times (P < 0.05). Microorganisms Proteobacteria and Fusobacteria decreased in experimental group II compared to the control by 5.7 and 1.8 times, respectively (P < 0.05), i.e. the use of the Profort-T probiotic led to an improvement in the structure of the microbial community of the cow rumen.
Keywords: microbiome, rumen, NGS sequencing, Profort-T, highly productive cows
For citation: Analysis results of cow rumen microflora composition under the probiotics influence by NGS sequencing method / E.A. Yildirim [et al.] // Bulliten KrasSAU. 2024;(1): 108-118. (In Russ.).
Acknowledgments: the work has been carried out within the framework of the state task with the financial support of the Ministry of Agriculture of the Russian Federation № 1022041400153-7-2.8.1.
Введение. Жвачные животные не продуцируют целлюлолитические ферменты самостоятельно, полностью «полагаясь» на деятельность микроорганизмов рубца по расщеплению сложных растительных полисахаридов [1]. Мик-робиом рубца - это самая разнообразная экосистема пищеварительной системы животных, состоящая из бактерий, простейших, грибов, архей и фагов [2]. Основными продуктами ферментации рубца являются короткоцепочечные летучие жирные кислоты (ЛЖК) (преимущественно ацетат, пропионат и бутират) и микробный белок. ЛЖК служат важным источником энергии, обеспечивая до 70-80 % энергетических потребностей организма хозяина [3].
Ранее были предприняты масштабные исследования для изучения состава микробного сообщества рубца и его динамики с учетом таких параметров, как рацион кормления, возраст и генетика хозяина с использованием культураль-ных методов [4]. Достижения в области высокопроизводительных технологий секвенирования, не зависящих от культивирования, значительно расширили возможности изучения микробиома рубца, позволив более качественно анализировать структуру и функции его экосистемы.
Рацион кормления был признан одним из основных факторов, влияющих на активность микроорганизмов в рубце [5], которые, в свою очередь, влияют на продуктивность хозяина. Кормовые добавки, такие как пробиотики, все чаще используются для улучшения здоровья жвачных животных. Пробиотики участвуют в переваривании кормов и секреции органических кислот и других метаболитов, которые регулируют состав микробного сообщество рубца [6], что приводит к повышению продуктивности животных [7]. Несмотря на масштабные исследования данного вопроса, в настоящее время значительный прогресс в управлении микробиомами рубца у молочных коров для улучшения состояния здоровья и продуктивности пока не достигнут. Поэтому поиск новых натуральных биологических способов коррекции микробных сообществ рубца коров представляется актуальным.
Цель исследования - изучение влияния пробиотика «Профорт-Т» на состав микробиома рубца дойных коров методом NGS-секвениро-вания, продуктивность и гематологические показатели сыворотки крови животных.
Объекты и методы. Эксперимент проводили в коммерческом хозяйстве под условным номером «1» Кировской области. Коровы черно-пестрой породы 2-й и 3-й лактации со средней продуктивностью 12 215 кг и живой массой 665 кг получали пробиотик «Профорт-Т» в течение 60 сут. Были сформированы группы-аналоги: контрольная I (получавшая ОР) и опытная II (получавшая ОР и «Профорт-Т») по 20 животных в каждой группе. Рационы коров были рассчитаны автоматически с использованием программы AMTS.Cattle.Professional (URL: https://agmodelsystems.com) в соответствии с общепринятыми требованиями. ОР состоял: из силоса - 42,26 кг; сена - 1,97; комбикорма -14,67 кг; соли, мела, соды. Коровы опытной группы II получали пробиотик «Профорт-Т» из расчета 0,03 кг на 1 голову со дня поступления в новотельную группу. Кормовая добавка раздавалась вручную каждой голове опытной группы II в новотельный период и частично в раздой. Животные находились в одинаковых условиях содержания. Содержание животных - привязное.
Пробиотик «Профорт-Т» содержит в составе 2 штамма полезных пробиотических бактерий Bacillus sp., которые обуславливают его действие - нормализацию микрофлоры желудочно-кишечного тракта сельскохозяйственных животных и подавление жизнедеятельности патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. «Профорт-Т» имеет выраженное антагонистическое действие в отношении патогенных микроорганизмов, что отмечено в серии опытов in vitro (согласно ОФС.1.7.2.0009.15 «Определение специфической активности пробиотиков»). Помимо этого штаммы бактерий в составе пробио-тика способствуют повышению переваримости и усвояемости питательных веществ, входящих в состав кормов.
Среднесуточный удой коров оценивали ежемесячно методом контрольных доек. Количество соматических клеток в молоке оценивали ежемесячно по ГОСТ Р 54761-201.
Отбор проб крови у животных осуществляли (в трех повторностях) до начала эксперимента (в новотельный период) и в конце эксперимента (в период раздоя) в утреннее время до начала кормления (натощак) и проводили гематологический анализ по стандартным методикам [8].
Отбор проб содержимого рубца коров (в трех повторностях) проводили до начала эксперимента (в новотельный период) и в конце эксперимента (в период раздоя). Отбор проб химуса рубца (30-50 г) проводили из верхней части вентрального мешка рубца коров с максимально возможным при данном методе соблюдением условий асептики вручную с использованием стерильного зонда. Отобранные образцы немедленно помещали в стерильные пластиковые пробирки. Все образцы замораживали при -20 °С и транспортировали в сухом льду в лабораторию для последующего выделения ДНК.
Тотальную ДНК из образцов выделяли с использованием набора Genomic DNA Purification Kit (Thermo Fisher Scientific, Inc., США) согласно прилагаемой инструкции. Бактериальное сообщество оценивали методом NGS- секвенирова-ния, на автоматическом секвенаторе MiSeq (Illumina, Inc., США) с применением праймеров для V3-V4 региона 16S рРНК: 5'- TCGTCGG-CAGCGTCAGATGTGTATAAGAGACAGCCTACG GGNGGCWGCAG- 3' (прямой праймер), 5'-GTCTCGTGGGCTCGGAGATGTGTATAAGAGAC AGGACTACHVGGGTATCTAATCC- 3' (обратный праймер). Условия ПЦР были следующими: 3 мин при 95 °С; 30 с при 95 °С, 30 с при 55 °С, 30 с при 72 °С (необходимо для удлинения последовательности) (25 циклов); 5 мин при 72 °С (окончательное удлинение). Секвенирование проводили при помощи реагентов для подготовки библиотек Nextera® XT IndexKit (Illumina, Inc., США), для очистки ПЦР-продуктов Agencourt AMPure XP (Beckman Coulter, Inc., США) и для проведения секвенирования MiSeq® ReagentKit v2 (500 cycle) (Illumina, Inc., США). Максимальная длина полученных последовательностей составила 2 x 250 п.н.
Автоматический биоинформатический анализ данных выполняли с помощью программного обеспечения QIIME2 ver. 2020.8 (URL: https://docs.qiime2.org/2020.8). После импорта последовательностей в формате .fastq из сек-венирующего прибора и создания необходимых для работы файлов сопоставления (содержащих метаданные изучаемых файлов) парные строки прочтений были выровнены. Далее по-
следовательности фильтровали по качеству с использованием параметров настроек по умолчанию. Фильтрацию шумовых последовательностей проводили с помощью встроенного в программное обеспечение QIIME2 пакета DADA2, включающего информацию о качестве последовательностей в свою модель ошибок (фильтрацию химерных последовательностей, артефактов, адаптеров), что делает алгоритм устойчивым к последовательности более низкого качества. При этом использовали максимальную длину последовательности обрезки, равную 250 п.н. (URL: https://benijneb.github.io/dada2/tutorial.html). Для построения филогении de novo выполнили множественное выравнивание последовательностей, применяя программный пакет MAFFT, далее проводили маскированное выравнивание, чтобы удалить позиции, которые значительно различались. Для назначения таксономии использовали программное обеспечение QIIME2, которое присваивает последовательности таксономическую идентификацию на основе данных ASV (методами BLAST, RDP, RTAX, mothur и uclust), используя базу данных по 16s rRNA Silva 138.1 (URL: https://www.arb-silva.de/ documentation/release-138.1).
Математическую и статистическую обработку результатов осуществляли методом многофакторного дисперсионного анализа (multifactor ANalysis Of VAriance, ANOVA) в программах MS Excel XP/2003, R-Studio (Version 1.1.453) (URL: https://rstudio.com). Достоверность различий устанавливали по t-критерию Стьюдента, различия считали статистически значимыми при Р < 0,05. Средние значения сравнивали с использованием теста достоверно значимой разницы Тьюки (HSD) и функции TukeyHSD в пакете R Stats Package.
Результаты и их обсуждение. Результаты исследования показали, что применение про-биотика «Профорт-Т» (опытная группа II) на поголовье крупного рогатого скота позволило увеличить среднесуточные надои от 14,9 до 22,0 % по сравнению с контролем I (P < 0,05) и снизить содержание соматических клеток в молоке коров от 21,6 до 33,5 % (P < 0,05) (табл. 1).
Среднесуточный удой и содержание соматических клеток в молоке коров черно-пестрой породы под влиянием пробиотика «Профорт-Т»
Таблица 1
Показатель 1 мес. после начала эксперимента В конце эксперимента
Контроль I Опыт II Контроль I Опыт II
Среднесуточный удой, кг 39,0±1,86 44,8±2,35* 35,5±1,59 43,3±2,10*
Соматические клетки в молоке, тыс/см3 639,8±30,57 425,5±26,80* 463,2±32,51 363,2±40,15*
*Р < 0,05 при сравнении опытной группы II с контролем I согласно критерию Стьюдента.
Как видно из таблицы 2, применение пробио-тика «Профорт-Т» не оказало значительного влияния на гематологические показатели сыворотки крови. Тем не менее, через 1 месяц использования биопрепарата отмечено снижение содержания мочевой кислоты и аспартатами-нотрансферазы (АсАТ) в опытной группе II по сравнению с контрольной группой I (Р < 0,05).
Стоит отметить, что среднее значение АсАТ в контрольной группе I было приближено к верхней границе нормы. Это, вероятно, свидетельствует о позитивном влиянии пробиотика «Профорт-Т» на организм коров, поскольку увеличение уровня АсАТ у животных наблюдается при заболеваниях печени, кетозе, эндометрите и др. [9, 10].
Таблица 2
Гематологические показатели сыворотки крови дойных коров под влиянием пробиотика «Профорт-Т»
Показатели 1 мес. после начала эксперимента В конце эксперимента Норма
Контроль I Опыт II Контроль I Опыт II
Гемоглобин, г/л 85,5±1,55 84,0±1,29 88,5±2,96 89,3±2,87 90-120
Эритроциты, х1012/л 5,6±0,40 5,17±0,68 5,21 ±0,08 5,3±0,33 5-10
Лейкоциты, х109/л 9,6±1,24 8,2±2,71 10,6±1,61 10,7±2,75 4-12
Общий белок, г/л 76,7±1,58 76,5±1,61 78,9±3,55 79,9±3,18 70-80
Альбумины, г/л 37,6±0,57 38,4±0,43 37,9±0,46 39,1 ±0,73 25,8-39,7
Глобулины, г/л 39,1±1,93 38,2±1,84 41,0±3,69 40,9±2,83 -
А/Г 0,97±0,06 1,01±0,06 0,95±0,10 0,97±0,06 0,8-1,2
Мочевина, ммоль/л 4,3±0,56 5,3±0,87 4,3±0,25 5,3±0,39 3,1-9,2
Триглицериды, ммоль/л 0,11±0,01 0,12±0,02 0,09±0,01 0,12±0,01 0-1,7
Глюкоза, ммоль/л 2,3±0,16 2,2±0,19 2,9±0,16 2,8±0,12 3,4-6
Мочевая кислота, мкмоль/л 125,5±1,71 111,5±5,66* 139,5±8,66 120,8±10,30 155-428
Общие иммуноглобулины, мг % 213,7±21,54 202,5±13,62 202,9±24,78 201,9±22,80 -
АлАТ, Ед/л 20,4±1,71 23,4±0,93 25,3±1,56 32,3±2,29* 8,2-57,3
АсАТ, Ед/л 46,6±8,30 23,4±0,93* 125,9±8,08 135,4±9,60 8,6-48,5
Щелочная фосфатаза, Ед/л 88,9±9,42 95,5±10,32 129,4±29,37 150,3±38,97 55-80
*Р < 0,05 при сравнении опытной группы II с контролем I согласно критерию Стьюдента.
Проведение ИСЭ-секвенирования рубца коров обеих групп показало, что в составе микрофлоры рубца исследованных коров до начала и в конце эксперимента в целом был обнаружен 21 филум микроорганизмов (рис. 1). Доминирующими были филумы Bacteroidetes и Firmicu-
tes. Наиболее представленными (P < 0,05) в рубце были бактерии филума Bacteroidetes - от 46,6 ± 4,48 до 58,1 ± 5,52 %. В исследованиях, опубликованных на сегодняшний день, Firmicu-tes и Bacteroidetes неизменно являются наиболее преобладающими филумами у жвачных жи-
вотных, включая молочных коров [11, 12]. Так, в рамках проекта Hungate 1000 в 2012 г. было изучено 480 бактериальных геномов из различных образцов рубца. Исследования показали, что представители филумов Р\гт\си{вв и Ба^в-roidetes преобладают, при этом на их долю приходится 68 и 12,8 % последовательностей генома соответственно [13]. Проведенный G. ^п-
derson с соавторами [5] мониторинг рубцовых микробиомов, который охватывал 742 образца от 32 различных видов жвачных из разных географических регионов, показал, что 30 наиболее распространенных групп бактерий, включая Firmicutes и Бacteroidetes, были обнаружены почти во всех образцах, на долю приходилось 89,4 % всех последовательностей.
Рис. 1. Состав микрофлоры рубца коров черно-пестрой породы на уровне бактериальных филумов по данным NGS-секвенирования ампликонов гена 16S рРНК
Интересно, что доля бактерий филума Сап^\-datus За^а^а^на увеличивалась в опытной группе II в конце эксперимента по сравнению с контролем I в 1,9 раза (Р < 0,05). При этом микроорганизмы из филумов Proteobacteria и Fusobacteria снижались в опытной группе II по сравнению с контролем I в 5,7 и 1,8 раза соответственно (Р < 0,05). Кроме того, содержание Fibrobacteres увеличивалось в 11,2 раза в опытной группе II при сравнении данных до начала эксперимента и после его окончания (Р < 0,05). Это может свидетельствовать о позитивном действии пробиотика «Профорт-Т» на регуляцию состава микробиома. Дело в том, что Candidatus Зaccharibacteria являются важнейшей группой микроорганизмов в рубце, поскольку «отвечают» за переваривание целлюлозы [14]. Fibrobacteres также содержат несколько
генов, кодирующих различные углеводно-активные ферменты (CAZymes), которые действуют синергически для разложения растительной лигноцеллюлозы [15]. Ведь все метаболические процессы в рубце начинаются с микробиологического разложения растительных полимеров на более мелкие растворимые сахара. Это дает огромное количество метаболитов, которые поступают в организм животного-хозяина и удовлетворяют до 70 % его энергетических потребностей [16]. Поскольку целлюлоза является наиболее распространенным углеводным полимером, на долю которого приходится до 40 % общего сухого вещества и более 50 % клеточной стенки растений, разложение целлюлозы является наиболее важным процессом для обеспечения энергией жвачных животных [17]. Proteobacteria же, в свою очередь, напро-
тив, менее нежелательны в рубце, поскольку включают патогенов животных и человека, таких как Aeromonadaceae, в т. ч. роды Aeromonas и Enterobacteriaceae и Escherichia coli, содержание которых зависит от особенностей кормления [18]. Fusobacteria также принадлежат к нежелательным формам, поскольку на фоне вы-сококонцентратного кормления они нередко получают конкурентное преимущество, ведь низкий уровень рН благоприятен для их развития [19]. Fusobacterium necrophorum, например, спо-
собен вызывать целый спектр патологий у крупного рогатого скота, включая некробактериоз стенок рубца, ламиниты, абсцессы печени, маститы [20].
По результатам детального анализа микрофлоры содержимого рубца исследованных коров на уровне родов и видов удалось обнаружить изменения в содержании групп микроорганизмов, среди которых нередко встречаются патогенные и условно-патогенные формы (рис. 2).
Рис. 2. Состав условно-патогенной и патогенной микрофлоры рубца коров черно-пестрой породы на уровне бактериальных родов и видов по данным NGS-секвенирования ампликонов
гена 16S рРНК
Стоит обратить внимание на то, что обнаруженные нежелательные микроорганизмы присутствовали в пробах, в основном в минорных концентрациях. Исключение составлял микроорганизм Bulle'id'ia extmda. Его содержание в опытной группе II до начала эксперимента составляло 1,2 ± 0,08 %. Количество данной бактерии к концу эксперимента снижалось под влиянием пробиотика «Профорт-Т» (опытная группа II) в 8,7 раза по сравнению с изначальными значениями (Р < 0,05). Считается, что роль данного микроорганизма в процессах пато-
генеза недооценена, поскольку Bulleidia ext-ructa - труднокультивируемый микроорганизм, для его детекции требуются такие методы идентификации, как секвенирование генов [21]. В последнее время признан патогенный потенциал B. extructa в качестве возбудителя заболеваний суставов, что крайне актуально и для крупного рогатого скота в условиях интенсивного ведения животноводства.
Также было выявлено снижение под воздействием пробиотика «Профорт-Т» таких бактерий, как Clostridium colinum, Catabacter hongkon-
gensis, Holdemania massiliensis и Esherichia/ Shigella, которые могут участвовать в процессах патогенеза (P < 0,05). Clostridium colinum способен вызывать клостридиозные энтериты [22]. Клинически клостридиоз, как правило, проявляется воспалениями желудочно-кишечного тракта, что влечет за собой появление крови и фибринозных тяжей в каловых массах. В отдельных случаях может отмечаться хромота, как следствие проникновения клостридий в суставы. Результаты экспериментов показали, что нарушение микробиоты пищеварительной системы может вызывать повреждение тканей и проникновение бактерий и их токсинов в кровоток [23]. Поэтому поддержание целостности барьера эпителия пищеварительной системы очень важно.
Полученные нами результаты, свидетельствующие о восстановлении состава микробиома рубца под влиянием пробиотика, перекликаются с данными предыдущих исследований. Так, ранее показано, что добавление пробиотика на основе Lactobacillus rhamnosus и Enterococcus faecalis в рацион коз способствовало доминированию в рубце полезных фибролитических или целлюлолитических бактерий [24]. Аналогичные данные были получены при применении про-биотика на поголовье крупного рогатого скота [25]. Применение пробиотика на основе Bacillus subtilis, Lactobacillus acidophilus и Saccharomy-ces cerevisiae на телятах позволило значительно повысить среднесуточный прирост живой массы в первые восемь недель после рождения при одновременном улучшении иммунной функции и снижении частоты диареи. Этот эффект был связан с увеличением относительного количества разрушающих клетчатку Ruminococ-caceae и бифидобактерий, которые играют важную роль в поддержке иммунитета [26].
Заключение. Результаты нашего исследования, полученные с помощью метода NGS-секвенирования, показали, что у коров в период раздоя возникают дисбиотические нарушения микрофлоры рубца, которые могут подвергнуть их высокому риску метаболических заболеваний. Применение пробиотика «Профорт-Т» привело к улучшению структуры микробного сообщества рубца, что способствовало увеличению продуктивности и снижению соматических клеток в молоке коров.
Список источников
1. Characteristics and Functions of the Rumen Microbial Community of Cattle-Yak at Different Ages / Y. Sha [et al.] // Biomed Res Int. 2020; 3482692.
2. Newbold C.J., Ramos-Morales E. Review: Ruminal Microbiome and Microbial Metabolome: Effects of Diet and Ruminant Host // Animal 2020; № 14. P. 78-86.
3. Unravelling the Role of Rumen Microbial Communities, Genes, and Activities on Milk Fatty Acid Profile Using a Combination of Omics Approaches / S. Stergiadis [et al.] // Front Microbiol. 2021; 11:590441. DOI: 10.3389/fmicb.2020.
4. Diversity and functional analysis of rumen and fecal microbial communities associated with dietary changes in crossbreed dairy cattle / F.M. Kibegwa [et al.] // PLoS One. 2023;18(1):e0274371. DOI: 10.1371/journal. pone.0274371.
5. Rumen Microbial Community Composition Varies with Diet and Host, but a Core Microbiome Is Found across a Wide Geographical Range / G. Henderson [et al.] // Sci. Rep. 2015; 5:14567.
6. Selected Alternative Feed Additives Used to Manipulate the Rumen Microbiome / M. Michalak [et al.] // Animals. 2021; 11:1542.
7. Mani S., Aiyegoro O.A., Adeleke M.A. Characterization of Rumen Microbiota of Two Sheep Breeds Supplemented with Direct-Fed Lactic Acid Bacteria // Front. Vet. Sci. 2021; 7:570074.
8. Kondrakhin I.P. Methods of veterinary clinical laboratory diagnostics. M.: Kolos, 2004. 520 p.
9. Waage S. Milk fever in the cow-course of disease in relation to the serum activity of aspar-tate aminotransferase, alanine aminotransferase, creatine kinase and gamma-glutamyltran-sferase // Nord Vet Med. 1984; 36(9-10):282-95.
10. Elevated Apoptosis in the Liver of Dairy Cows with Ketosis / X. Du [et al.] // Cell Physiol Biochem. 2017; № 43(2). P. 568-578. DOI: 10.1159/000480529.
11. Temporal Changes in the Fecal Bacterial Community in Holstein Dairy Calves from Birth through the Transition to a Solid Diet /
M.L. Hennessy [et al.] // PLoS ONE. 2020; 15:e0238882.
12. Assessment of Rumen Bacteria in Dairy Cows with Varied Milk Protein Yield / M.Y. Xue [et al.] // J. Dairy Sci. 2019; 102:5031-5041.
13. Cultivation and Sequencing of Rumen Microbiome Members from the Hungate1000 Collection / R. Seshadri [et al.] // Nat. Biotechnol. 2018. № 36. P. 359-367.
14. Opdahl L.J., Gonda M.G., St-Pierre B. Identification of Uncultured Bacterial Species from Firmicutes, Bacteroidetes and CANDIDATUS Saccharibacteria as Candidate Cellulose Utilizers from the Rumen of Beef Cows // Microorganisms. 2018. № 6(1). 17. DOI: 10.3390/ microorganisms6010017.
15. Biotechnological Potential of Rumen Micro-biota for Sustainable Bioconversion of Lignocellulosic Waste to Biofuels and Value-Added Products / S.K. Bhujbal [et al.] // Sci. Total Environ. 2022; 814:152773.
16. Gleason C.B., Beckett L.M., White R.R. Rumen Fermentation and Epithelial Gene Expression Responses to Diet Ingredients Designed to Differ in Ruminally Degradable Protein and Fiber Supplies // Sci. Rep. 2022. № 12. P. 29-33.
17. Weimer P.J. Cellulose Degradation by Rumi-nal Microorganisms // Crit. Rev. Biotechnol. 1992. № 12. P. 189-223.
18. Bäumler A.J., Sperandio V. Interactions between the microbiota and pathogenic bacteria in the gut // Nature. 2016. Vol. 535. P. 85-93. DOI: 10.1038/nature18849.
19. Fusobacterium necrophorum: a ruminal bacterium that invades liver to cause abscesses in cattle / S. Tadepalli [et al.] // Anaerobe. 2009. № 15(1-2). P. 36-43. DOI: 10.1016/j.anaero-be.2008.05.005.
20. Shuttleworthia satelles gen. nov., sp. nov., isolated from the human oral cavity / J. Dow-nes [et al.] // International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 2002. № 52(5). P. 1469-1475. DOI: 10.1099/ 00207713-52-5-1469.
21. Margie A. Morgan, Ellie J.C. Goldstein, Bullei-dia extructa: An underappreciated anaerobic pathogen // Anaerobe. 2021; 69:102339. DOI: 10.1016/j.anaerobe.2021.102339.
22. Comparative pathogenesis of enteric clostridial infections in humans and animals / F.A. Uzal [et al.] // Anaerobe. 2018. № 53. P. 11-20. DOI: 10.1016/j.anaerobe.2018.06.002.
23. Anders H.J., Andersen K., Stecher B. The intestinal microbiota, a leaky gut, and abnormal immunity in kidney disease // Kidney. Int. 2013. № 83. P. 1010-1016. DOI: 10.1038/ ki.2012.440.
24. Maake T.W., Aiyegoro O.A., Adeleke M.A. Effects of Lactobacillus Rhamnosus and En-terococcus Faecalis Supplementation as Direct-Fed Microbials on Rumen Microbiota of Boer and Speckled Goat Breeds // Vet. Sci. 2021; 8:103.
25. The Effects of a Probiotic Yeast on the Bacterial Diversity and Population Structure in the Rumen of Cattle / E. Pinloche [et al.] // PLoS ONE. 2013; 8:e67824.
26. Effect of a Multispecies Probiotic Mixture on the Growth and Incidence of Diarrhea, Immune Function, and Fecal Microbiota of Pre-Weaning Dairy Calves / Y. Wu [et al.] // Front. Microbiol. 2021; 12:681014.
References
1. Characteristics and Functions of the Rumen Microbial Community of Cattle-Yak at Different Ages / Y. Sha [et al.] // Biomed Res Int. 2020; 3482692.
2. Newbold C.J., Ramos-Morales E. Review: Ruminal Microbiome and Microbial Metabolome: Effects of Diet and Ruminant Host // Animal 2020; № 14. P. 78-86.
3. Unravelling the Role of Rumen Microbial Communities, Genes, and Activities on Milk Fatty Acid Profile Using a Combination of Omics Approaches / S. Stergiadis [et al.] // Front Microbiol. 2021; 11:590441. DOI: 10.3389/fmicb.2020.
4. Diversity and functional analysis of rumen and fecal microbial communities associated with dietary changes in crossbreed dairy cattle / F.M. Kibegwa [et al.] // PLoS One. 2023;18(1):e0274371. DOI: 10.1371/journal. pone.0274371.
5. Rumen Microbial Community Composition Varies with Diet and Host, but a Core Microbiome Is Found across a Wide Geo-
graphical Range / G. Henderson [et al.] // Sci. Rep. 2015; 5:14567.
6. Selected Alternative Feed Additives Used to Manipulate the Rumen Microbiome / M. Michalak [et al.] // Animals. 2021; 11:1542.
7. Mani S., Aiyegoro O.A., Adeleke M.A. Characterization of Rumen Microbiota of Two Sheep Breeds Supplemented with Direct-Fed Lactic Acid Bacteria // Front. Vet. Sci. 2021; 7:570074.
8. Kondrakhin I.P. Methods of veterinary clinical laboratory diagnostics. M.: Kolos, 2004. 520 p.
9. Waage S. Milk fever in the cow-course of disease in relation to the serum activity of aspar-tate aminotransferase, alanine aminotransferase, creatine kinase and gamma-glutamyltran-sferase // Nord Vet Med. 1984; 36(9-10):282-95.
10. Elevated Apoptosis in the Liver of Dairy Cows with Ketosis / X. Du [et al.] // Cell Physiol Biochem. 2017; № 43(2). P. 568-578. DOI: 10.1159/000480529.
11. Temporal Changes in the Fecal Bacterial Community in Holstein Dairy Calves from Birth through the Transition to a Solid Diet / M.L. Hennessy [et al.] // PLoS ONE. 2020; 15:e0238882.
12. Assessment of Rumen Bacteria in Dairy Cows with Varied Milk Protein Yield / M.Y. Xue [et al.] // J. Dairy Sci. 2019; 102:5031-5041.
13. Cultivation and Sequencing of Rumen Microbiome Members from the Hungate1000 Collection / R. Seshadri [et al.] // Nat. Biotechnol. 2018. № 36. P. 359-367.
14. Opdahl L.J, Gonda M.G., St-Pierre B. Identification of Uncultured Bacterial Species from Firmicutes, Bacteroidetes and CANDIDATUS Saccharibacteria as Candidate Cellulose Utilizers from the Rumen of Beef Cows // Microorganisms. 2018. № 6(1). 17. DOI: 10.3390/ microorganisms6010017.
15. Biotechnological Potential of Rumen Micro-biota for Sustainable Bioconversion of Lignocellulosic Waste to Biofuels and Value-Added Products / S.K. Bhujbal [et al.] // Sci. Total Environ. 2022; 814:152773.
16. Gleason C.B., Beckett L.M., White R.R. Rumen Fermentation and Epithelial Gene Expression Responses to Diet Ingredients De-
signed to Differ in Ruminally Degradable Protein and Fiber Supplies // Sci. Rep. 2022. № 12. P. 29-33.
17. Weimer P.J. Cellulose Degradation by Rumi-nal Microorganisms // Crit. Rev. Biotechnol. 1992. № 12. P. 189-223.
18. Bäumler A.J., Sperandio V. Interactions between the microbiota and pathogenic bacteria in the gut // Nature. 2016. Vol. 535. P. 85-93. DOI: 10.1038/nature18849.
19. Fusobacterium necrophorum: a ruminal bacterium that invades liver to cause abscesses in cattle / S. Tadepalli [et al.] // Anaerobe. 2009. № 15(1-2). P. 36-43. DOI: 10.1016/j.anaero-be.2008.05.005.
20. Shuttleworthia satelles gen. nov., sp. nov., isolated from the human oral cavity / J. Dow-nes [et al.] // International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 2002. № 52(5). P. 1469-1475. DOI: 10.1099/ 00207713-52-5-1469.
21. Margie A. Morgan, Ellie J.C. Goldstein, Bullei-dia extructa: An underappreciated anaerobic pathogen // Anaerobe. 2021; 69:102339. DOI: 10.1016/j.anaerobe.2021. 102339.
22. Comparative pathogenesis of enteric clostridial infections in humans and animals / F.A. Uzal [et al.] // Anaerobe. 2018. № 53. P. 11-20. DOI: 10.1016/j.anaerobe.2018.06.002.
23. Anders H.J., Andersen K., Stecher B. The intestinal microbiota, a leaky gut, and abnormal immunity in kidney disease // Kidney. Int. 2013. № 83. P. 1010-1016. DOI: 10.1038/ ki.2012.440.
24. Maake T.W., Aiyegoro O.A., Adeleke M.A. Effects of Lactobacillus Rhamnosus and En-terococcus Faecalis Supplementation as Direct-Fed Microbials on Rumen Microbiota of Boer and Speckled Goat Breeds // Vet. Sci. 2021; 8:103.
25. The Effects of a Probiotic Yeast on the Bacterial Diversity and Population Structure in the Rumen of Cattle / E. Pinloche [et al.] // PLoS ONE. 2013; 8:e67824.
26. Effect of a Multispecies Probiotic Mixture on the Growth and Incidence of Diarrhea, Immune Function, and Fecal Microbiota of Pre-Weaning Dairy Calves / Y. Wu [et al.] // Front. Microbiol. 2021; 12:681014.
Статья принята к публикации 20.09.2023 / The article accepted for publication 20.09.2023. Информация об авторах:
Елена Александровна Йылдырым1, профессор кафедры крупного животноводства, доктор биологических наук
Георгий Юрьевич Лаптев2, директор, доктор биологических наук Елена Германовна Дубровина3, менеджер отдела продаж
Лариса Александровна Ильина4, профессор кафедры крупного животноводства, доктор биологических наук
Дарья Георгиевна Тюрина5, заместитель директора по финансам, кандидат экономических наук Валентина Анатольевна Филиппова6, заведующая лабораторией кафедры крупного животноводства
Андрей Валерьевич Дубровин7, биотехнолог молекулярно-генетической лаборатории, кандидат ветеринарных наук
Ксения Андреевна Калиткина8, аспирант кафедры крупного животноводства Сергей Павлович Скляров9, декан факультета, кандидат ветеринарных наук
Information about the authors:
Elena Alexandrovna Yildirim1, Professor at the Department of Large Livestock Husbandry, Doctor of Biological Sciences
Georgy Yuryevich Laptev2, Director, Doctor of Biological Sciences Elena Germanovna Dubrovina3, Sales Manager
Larisa Alexandrovna Ilyina4, Professor at the Department of Large Livestock Husbandry, Doctor of Biological Sciences
Daria Georgievna Tyurina5, Deputy Director for Finance, Candidate of Economic Sciences Valentina Anatolyevna Filippova6, Head of Laboratory, Department of Large Livestock Husbandry Andrey Valerievich Dubrovin7, Biotechnologist at Molecular Genetic Laboratory, Candidate of Veterinary Sciences
Ksenia Andreevna Kalitkina8, Postgraduate Student at the Department of Large Livestock Husbandry Sergei Pavlovich Sklyarov9, Dean of the Faculty, Candidate of Veterinary Sciences
