Кукурузная солома — самый дешевый грубый корм для крупного рогатого скота, но она быстро теряет свою питательную ценность, гниет и портится. Силосование с использованием инокулянтов молочнокислых бактерий эффективно сохраняет питательные вещества, подавляет микроорганизмы, вызывающие порчу, и продлевает срок хранения. Однако в коммерческих инокулянтах молочнокислых бактерий обычно используются аллохтонные штаммы, выделенные из чужеродных местообитаний, эффективность которых значительно различается в зависимости от сорта корма. В сравнении с ними, эпифитные молочнокислые бактерии, естественным образом обитающие на поверхности растений, хорошо адаптируются к субстрату, быстро колонизируют его и способствуют снижению pH. Поэтому новые эпифитные штаммы привлекли широкое внимание как потенциальные микробные добавки для определенных кормов.
Китайские исследователи обратили внимание на филлосферу (поверхность листьев) риса и смыли оттуда жизнеспособный штамм бактерий Enterococcus faecalis YMA3.
Enterococcus faecalis является распространенной молочнокислой бактерией для силосования.
Суть исследования в том, что дикий рисовый штамм YMA3 эволюционировал в суровых условиях на поверхности листьев риса. Из-за этого он оказался гораздо «агрессивнее» и сильнее своего лабораторного родственника. Попав в кукурузную солому, рисовый штамм начал выделять уникальные кислоты и гораздо эффективнее уничтожать гнилостные микробы, чем обычная покупная закваска.
Эксперименты по консервации доказали, что эти микроскопические помощники меняют химический состав кукурузной соломы на молекулярном уровне: они сохраняют ценный белок, защищают силос от гниения и насыщают его полезными кислотами, превращая обычные растительные отходы в суперкорм.
Штамм тестировали в 45-дневном эксперименте. Исследователи измельчили кукурузную солому и разделили ее на три группы для заквашивания в вакуумных пакетах.
Контрольная группа — солому просто смочили стерильной водой.
Группа «F» — внесли стандартный коммерческий штамм бактерий E. faecalis F.
Группа «YMA3» — внесли новый штамм, выделенный из риса.
Ученые вскрывали пакеты на 1, 7, 15 и 45-й день, чтобы провести детальный химический и биологический анализ.
Оба бактериальных инокулянта (добавки) предсказуемо обошли чистую воду: силос быстрее закислялся (падал уровень pH), в нем активно размножались полезные молочнокислые бактерии, а содержание сырого протеина (белка) оставалось высоким.
Но именно рисовый штамм YMA3 показал себя особенно хорошо и превзошел коммерческий аналог по двум ключевым параметрам: максимально подавил рост гнилостных (аэробных) бактерий и снизил уровень вредного аммиачного азота. Это значит, что белок в корме не разрушался, а консервация шла идеально.
Чтобы понять, как именно рисовая бактерия совершает это, на 45-й день ученые провели сложнейший нецелевой метаболомный анализ — они изучили все химические вещества, которые выделили бактерии в процессе жизнедеятельности.
Компьютер обнаружил 309 уникальных метаболитов (химических соединений), по которым силос с рисовой бактерией отличался от обычного. Штамм YMA3 запустил активное расщепление и переработку глицерофосфолипидов, аминокислот и жирных кислот.
В корме резко увеличился уровень полезных веществ: фосфатидилхолина (важнейший элемент для защиты клеточных мембран); тауроурсодезоксихолевой кислоты; 3,4-дигидроксифенилпропионовой кислоты. Этот богатый химический коктейль законсервировал белок и обеспечил силосу аэробную стабильность: даже после вскрытия пакета и контакта с воздухом корм долго не портился и оставался свежим.
Исследователи отмечают, что пока это лишь первый, лабораторный этап работы. Поскольку химические вещества определялись компьютерным методом спектрального сопоставления, впереди у команды точная верификация каждого из 309 метаболитов по стандартам.
Пока группа ученых готовится к следующему шагу — проведению реальных экспериментов по скармливанию нового силоса. Это позволит оценить, насколько улучшится пищеварение жвачных животных, вырастут ли удои молока и как быстро животные будут набирать массу.