С растущим спросом на полезное козье молоко и продукцию из него активизировались исследования по полезным добавкам в рационе коз. Первыми новую бактериальную добавку с множественными преимуществами, включая профилактику ацидоза, попробовали китайские козы породы Лейчжоу.
Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей коллектива исследователей Колледжа прибрежных сельскохозяйственных наук Гуандунского океанического университета, Китай, авторы которой предложили полезную бактериальную подкормку для коз.
Рубец, как большой и сложный ферментер у жвачных животных, имеет микробное сообщество, которое является основной поддержкой жизнедеятельности жвачных и играет решающую роль в улучшении здоровья животных и производительности.
Рубец населен триллионами микроорганизмов, таких как бактерии, грибы, простейшие и археи. Они образуют высокосинергетическую экосистему. Эти микроорганизмы могут поглощать растительные полисахариды, среди других структур, таких как целлюлоза и гемицеллюлоза, которые не перевариваются самими жвачными животными и эффективно расщепляются до летучих жирных кислот, среди других метаболитов и побочных продуктов, обеспечивая более 70% источника энергии хозяина
В то же время микробная промышленная ферментация производит микопротеин, который также становится высококачественной белковой добавкой для животных.
Кроме того, микроорганизмы рубца также участвуют в регуляции развития иммунной системы хозяина и посредством взаимодействия с иммунными клетками слизистой оболочки кишечника повышают устойчивость животных к патогенным бактериям и поддерживают здоровый гомеостаз в организме. Поэтому углубленное изучение функционального потенциала микроорганизмов рубца и точная регуляция структуры их флоры стали горячей точкой исследований в области питания жвачных животных и здорового разведения.
Rhodopseudomonas palustris (R. palustris) — богатая питательными веществами бактерия с содержанием белка до 65% и многочисленными биоактивными соединениями. Эта пурпурная несерная бактерия с метаболическим разнообразием, разнообразием источников углерода и разнообразием метаболитов, привлекла внимание своими уникальными метаболическими свойствами и полезными функциями как фотосинтетическая бактерия, широко распространенная в природе.
Бактерия может использовать различные источники углерода и азота для роста и размножения и может фиксировать азот, разлагать вредные вещества и синтезировать витамины. Она демонстрирует хороший потенциал для применения в аквакультуре, очистке сточных вод и животноводстве.
Исследования показали, что R. palustris может секретировать различные пищеварительные ферменты, такие как целлюлаза и протеаза, которые непосредственно участвуют в процессе разложения корма и ускоряют высвобождение питательных веществ. В то же время его метаболизм производит витамины, аминокислоты и другие активные вещества, которые могут усилить антиоксидантную способность организма животного и улучшить иммунитет.
Исследования рубцового пищеварения и ферментации у коров показали, что R. palustris демонстрирует значительный потенциал в стимулировании микробного роста рубца и микробной ферментации для обеспечения энергией, не связанной с сахаром. Этот процесс основан на поддержании анаэробной среды, что является предпосылкой микробного гомеостаза.
Как характерная местная порода в китайской провинции Гуандун, коза Лейчжоу занимает важное место в региональном экономическом развитии.
Учитывая потенциальные преимущества, продемонстрированные R. palustris в исследованиях рубца жвачных животных in vitro, и недостаточно развитую область исследований, касающуюся ее воздействия на микробиоту рубца коз, в этом исследовании были выбраны географически репрезентативные козы Лейчжоу в качестве объектов для изучения воздействия R. palustris на микробное разнообразие рубца коз с целью выяснения механизмов в улучшении микроэкологического баланса, стабилизации уровней pH, смягчении ацидоза и модулировании микробиоты кишечника путем увеличения полезных популяций и ограничения патогенных.
Экспериментальные животные были предоставлены фермой по сохранению коз Лейчжоу — филиалом Гуандунского университета океанологии. Было отобрано тридцать здоровых коз Лейчжоу, все с примерно одинаковой массой тела (приблизительно 16,0 ± 2,0 кг) и постоянным возрастом (приблизительно 8–10 месяцев). После 5-дневного периода адаптации они были случайным образом распределены по 5 экспериментальным группам. Каждая экспериментальная группа состояла из шести коз.
Контрольная группа (CONRF) получала базовый рацион, а группа со средой для фотосинтезирующих бактерий (PBMRF) получала базовый рацион + раствор PBM. Группы с низкой концентрацией R. palustris (LRPRF), средней концентрацией (MRPRF) и высокой концентрацией (HRPRF) получали базовый рацион с добавлением 20,0 мл, 40,0 мл и 80,0 мл раствора R. palustris соответственно. Все добавки вводили путем смешивания с кормом. На 75-й день испытания из каждой группы случайным образом выбирали по три козы для убоя и анализа.
Структуру микробного сообщества рубца анализировали с помощью высокопроизводительного секвенирования.
Результаты показали, что R. palustris обогатил уникальные операционные таксономические единицы (OTU), особенно в группе LRPRF. На уровне типа доминировали Firmicutes и Bacteroidota; численность Firmicutes и Euryarchaeota увеличилась, в то время как численность Bacteroidota снизилась в экспериментальных группах. Кроме того, численность Verrucomicrobiota была значительно повышена (p < 0,05).
Следует пояснить, что Firmicutes и Bacteroidota являются доминирующими типами среди микроорганизмов рубца во время фазы роста жвачных животных.
Тип Firmicutes является ключевой группой микроорганизмов рубца в процессе использования грубых кормов, которая в основном участвует в деградации и использовании целлюлозы и гемицеллюлозы. Firmicutes могут увеличивать обилие генов, кодирующих ферменты, связанные с энергетическим метаболизмом, способствовать усвояемости олигосахаридов, крахмала и целлюлозы и улучшать активность ферментов и брожение рубца.
Bacteroidota в основном участвует в разложении и абсорбции неволокнистых растительных компонентов во время брожения рубца у жвачных животных.
Было показано, что увеличение относительной численности Firmicutes и уменьшение относительной численности Bacteroidota может способствовать росту коз. Результаты этого эксперимента показали, что добавление R. palustris увеличило относительное обилие Firmicutes и уменьшило относительное обилие Bacteroidota в рубце, тем самым способствуя перевариванию и абсорбции грубых кормов у коз.
Далее, в этом эксперименте добавление R. palustris в рацион увеличило относительное обилие эвриархеот, а также значительно увеличило относительное обилие веррукомикробиоты ( p < 0,05). Археи составляли всего 3–4% микробиома рубца, тогда как эвриархеи были доминирующими археями в рубце.
Verrucomicrobiota участвует в деградации кишечных полисахаридов, таких как волокнистые дисахариды и т. д.
Verrucomicrobiota считаются очень подходящими для деградации лигноцеллюлозы в рубце, поскольку они могут кодировать различные ферменты, расщепляющие углеводы, пептидазы и сульфатазы. В данном исследовании увеличение относительной численности веррукомикробиоты позволяет предположить, что R. palustris обладает потенциалом для улучшения расщепления лигноцеллюлозы в рубце и укрепления иммунного барьера кишечника.
На уровне рода преобладала Prevotella, тогда как численность Selenomonas была значительно снижена (p < 0,01).
Основной функцией Prevotella является разложение белка, но она также участвует в разложении клетчатки. Prevotella широко распространена у многих жвачных животных; одним из продуктов ее ферментации является пропионовая кислота, и, таким образом, она может конкурировать с метаногенными и архейными бактериями за использование водорода. Ее численность отрицательно коррелирует с выбросами метана, и Prevotella может иметь потенциал для использования в качестве антиметаногенного агента.
Бактерии Selenomonas в рубце жвачных животных обладают способностью ферментировать крахмал и выделять молочную кислоту в рубце, тем самым увеличивая риск низкого pH рубца. В этом исследовании относительное обилие Selenomonas на уровне рода снизилось, что потенциально ослабило способность рубца расщеплять углеводы и лигноцеллюлозу. Однако это снижение также сбалансировало pH в среде рубца, тем самым снизив риск ацидоза рубца, вызванного низким уровнем pH.
Анализ LEfSe выявил большее количество дифференциальных таксонов в экспериментальных группах по сравнению с контрольной группой, включая обогащение полезными бактериями, такими как Lactobacillus, которые могут способствовать оптимизации среды рубца путем регулирования иммунных и метаболических функций. Функциональное прогнозирование показало, что микроорганизмы рубца в основном участвуют в метаболизме углеводов и аминокислот.
В заключение следует отметить, что добавление R. palustris может благотворно влиять на микробный состав и функцию рубца и способствовать усвоению питательных веществ рубцом и расщеплению сырой клетчатки. Данное исследование предоставляет теоретическую основу для методов продуктивного выращивания «зеленых коз».
Источник: Animals 2025, doi.org/10.3390/ani15233390