MICROBIOME OF FARM ANIMALS IN CONNECTION WITH THEIR HEALTH AND PRODUCTIVENESS

Abstract



Введение. Известно, что состояние здоровья и продуктивность сельскохозяйственных животных имеют тесную св зь с микробиотой их организма [1, 2]. В связи с этим не вызывает сомнений важность изучения экологии микроорганизмов, населяющих желудочно-кишечный тракт и другие биотопы организма сельскохозяйственных животных и птиц, поскольку это вл етс основой дл понимани многих физиологических процессов. Основные сведения о составе и функциях микробиоты сельскохозяйственных животных описаны на основе традиционных методов культивирования микроорганизмов на искусственных питательных средах, имеющих ряд ограничений и вследствие этого не позволяющих детально оценить состав микробио-ма и его зависимость от различных факторов [3]. Материалы и методы. На основе современных молекулярно-генетических методов T-RFLP, NGS-секвенирование и ПЦР в р еальном времени проведена серия исследований, которые позволили получить доказательства связи микробиомов сельскохозяйственных животных и птиц с их здоровьем и продуктивностью, а также с составом микробиоценозов кормов, экосистем животноводческих комплексов. Изучен таксономический состав микробио-ма около 3000 особей различных сельскохозяйственно-значимых животных, включая крупный рогатый скот, зебувидный скот, свиней, северного олен , коз, овец, норок, кур, перепелов и др. Результаты исследования. В микробиоме сельскохозяйственных животных выявлено присутствие более широкого спектра микроорганизмов, чем считалось ранее на основе традиционных представлений. Так, по результатам T-RFLP-анализа, состав микробиома рубца КРС включал свыше 200 филотипов бактерий, архей и грибов, в том числе некультивируемых, ЖКТ птицы свыше 180, свиней - свыше 150. Показано, что применение молекулярно-генетических методов позволяет фиксировать детальные изменения в микробиоме сельскохозяйственных животных на уровне филотипов под действием таких факторов, как рацион, возраст, состояние здоровья. Полученные сведения о составе микроорганизмов и их количестве у сельскохозяйственных животных и птицы в различные стадии онтогенеза позволили углубить имеющиеся сведения и по-новому взглянуть на структуру и функции микробиомов по сравнению с существующими представлени ми, описанными на основании классических методов исследований. При изучении микробиоценоза рубца и других микробиоэкосистем обнаружено большое количество неидентифицированных микроорганизмов, к числу которых исследователи относят никогда ранее не культивируемые вследствие отсутстви подход щих методов виды либо перешедшие в некультивируемое состояние микроорганизмы. Интересным и новым стало то, что в ЖКТ клинически здоровых животных в значительном количестве выявлялись возбудители различных заболеваний: энтеробактерии, фузобактерии, стафилококки и кампилобактерии, микоплазмы, пептококки и другие, что свидетельствует об их постоянном присутствии в пищеварительной экосистеме клинически здоровых животных, не вызывая при этом заболеваний. Так, интересные результаты получены при анализе микробиомов пищеварительной системы птицы, хори-оаллантоисной оболочки (ХАО), желточных мешков в эмбриогенезе на различных стадиях инкубации. В отличие от классических представлений в пробах обнаружено богатое таксономическое разнообразие бактерий, доминирующими среди которых были представители семейства Enterobacteriaceae (преимущественно Escherichia coll), представители класса Clostridia, филума Bacteroidetes, порядков Negativicutes, Actinomycetales, Bfidobacteriales. Интересно отметить присутствие ряда возбудителей опасных заболеваний животных - бактерий родов Burkholderia, Campy-lobacteriaceae, Salmonella, Klebsiella, пор дка Ric-kettsiales и др. [4]. Это позволяет предположить, что вы вл емые в эмбриональный период микроорганизмы вл ютс стартовой основой микробиоты птицы и оказывают вли ние на ее здоровье и иммунитет. В насто щее врем провод тс исследовани формирования структуры микробиотопа ЖКТ эмбриона путем вертикальной передачи с помощью бактериальной транслокации от несушки и через поры в оболочке йца. Результаты исследований позволили детализировать функциональную св зь различных филотипов бактерий, архей, грибов с физиологическими процессами у различных животных на основе анализа их св зи с показател ми пищеварени . Проведенные исследовани раскрывают метаболические особенности и взаимодействи микроорганизмов, в том числе некультивируемых таксонов бактерий, архей, грибов, между собой и с организмом животного-хозяина. Так, на примере птицы показано, что ряд молочнокислых бактерий, которые традиционно относ тс к представител м нормофлоры кишечника, оказывает негативное влия ние на доступность аминокислот, что, вероятно, связано с особенностями метаболизма бактерий, использующих аминокислоты, обедн организм хоз ина. Детектированы микроорганизмы, связанные с продуктивностью различных сельскохозяйственных животных (рисунок). К примеру, снижение продуктивности у коров было свя зано с нарушением микро биома рубца: повышением уровня лактобактерий и ряда патогенов, включа фузобактерии - возбудители некро-бактериозов КРС, поражающих слизистые оболочки, внутренние органы, в том числе печень. У птиц о тмече-на отрицательная связь между продуктивностью и содержанием в слепых отростках ЖКТ ряда патогенов, включа актиномицеты, энтеробактерии, пастереллы, фузобактерии. а 6 Рисунок. Связь между уровнем молочной продуктивности коров (кг/сут) и количеством микроорганизмов в рубце коров в период раздоя : а - лактат-утилизирующих бактерий; 6 - целлюлозолитических бактерий - лахноспир В микробиомах сельскохозяйственных животных выявлены статистически значимые различия, связанные со здоровьем организма-хозяина. Так, доказано, что в рубцовой микрофлоре больных и выбракованных коров с низким уровнем продуктивности, симптомами маститов, гастроэнтеритов, проблемами воспроизводства, конечностей количество грибов-хитридиомицетов было ниже в среднем в 33 раза, метаногенных архей - в среднем в 3,3 раза, существенно снижена доля целлюлозолитиков, лактат-утилизирующих бактерий и повышена - амилолитиков, лактобактерий, фузобактерий и ряда патогенов. При этом оказалось, что количество патогенных микроорганизмов в различных биотопах организма КРС, включа смывы с вымени, молоко, соскобы с копыт, выде-лени из репродуктивных органов, коррелировало с их содержанием в микробиоте рубца. Таким образом, результаты молекулярно-генетических исследований позволили детально оценить микробиомы сельскохозяйственных животных и птицы, вы вить статистически значимые различия в составе микробиот, связанные со здоровьем и продуктивностью.

G Yu Laptev

„BIOTROF“ Limited Liability Company

L A Ilyina

„BIOTROF“ Limited Liability Company

I N Nikonov

„BIOTROF“ Limited Liability Company

  1. Nocek J. E. Bovine acidosis: implications on laminitis // J. Dairy Sci. 1997. Vol. 80. P. 1005-1028.
  2. Stanley D., Hughes R.J., Moore R.J. Microbiota of the chicken gastrointestinal tract: influence on health, productivity and disease // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2014. Vol. 98. P. 4301-4310.
  3. Тараканов Б.В. Методы исследования микрофлоры пищеварительного тракта сельскохозяйственных животных и птицы. М.: Научный мир, 2006. 188 с. [Tarakanov B.V. Metody issledovaniya mikroflory pishchevaritel'nogo trakta sel'skohozyajstvennyh zhivotnyh i pticy. M.: Nauchnyj mir, 2006. 188 р.].
  4. Ильина Л.А., Йылдырым Е.А., Никонов И.Н., Филиппова В.А., Лаптев Г.Ю., Новикова Н.И., Грозина А.А., Ленкова Т.Н., Манукян В.А., Егоров И.А., Фисинин В.И. Метагеномный пейзаж желудочно-кишечного тракта куриных эмбрионов с использованием метода T-RFLP // Доклады Академии наук. 2016. Т. 466, № 4. С. 482. [Il'ina L.A., Jyldyrym E.A., Nikonov I.N., Filippova V.A., Laptev G.Yu., Novikova N.I., Grozina A.A., Lenkova T.N., Manukyan V.A., Egorov I.A., Fisinin V.I. Metagenomnyj pejzazh zheludochno-kishechnogo trakta kurinyh ehmbrionov s ispol'zovaniem metoda T-RFLP // Doklady Akademii nauk. 2016. Vol. 466, N 4. Р. 482].

Views

Abstract - 43

PDF (Russian) - 4

Cited-By


PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2017 Laptev G.Y., Ilyina L.A., Nikonov I.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies