Контакты ООО НТЦ БИО
ПОЗВОНИТЬ
8 800 770 75 03
Высокоэффективные кормовые добавки для ЖИВОТНЫХ на основе биопленки Bacillus subtilis на фитоносителе
7 Ноября 2018 Г.
Высокоэффективные кормовые добавки для ЖИВОТНЫХ на основе биопленки Bacillus subtilis на фитоносителе
Высокоэффективные кормовые добавки для ЖИВОТНЫХ на основе биопленки Bacillus subtilis на фитоносителе
Развитие фундаментальных исследований симбиотических взаимодействий организма и его микробиоты получило новое направление в связи с появлением представлений о существовании бактерий в виде биопленок, что определило уточнение роли пробиотиков и особенно – пробиотиков кормового назначения (Ушакова с соавт., 2012). Кормовые пробиотические препараты находят широкое применение в практике животноводства, позволяют усовершенствовать существующие системы разведения и кормления сельскохозяйственных животных, становятся важным компонентом современного рационального кормления животных. Установлено, что применение пробиотиков может оказывать противоинфекционное, иммунномодуляторное воздействие на организм, повышать барьерные функции (физиологические механизмы, защищающие организм от воздействия окружающей среды, препятствующие проникновению в него бактерий, вирусов и вредных веществ), стимулировать моторику и экскреторную функции кишечника.
Введенные с препаратами пробиотические штаммы взаимодействуют с сообществом бактерий кишечника (Ушакова с соавт., 2013), выделяют метаболиты, влияющие на активность иммунной, гормональной, пищеварительной систем организма-хозяина. Аспекты использования пробиотиков затрагивают широкий круг проблем, связанных с коррекцией кишечного биоценоза, иммунной, гормональной и ферментной систем молодняка и взрослых животных. Кроме того, использование пробиотиков имеет актуальное значение не только для животноводства, но и для здравоохранения в целях снижения риска заболеваемости людей и повышения экологической безопасности сельскохозяйственной продукции.
В настоящее время концепция пробиотиков претерпела существенные изменения. Определяющим фактором эффективности пробиотиков во многом являются технологии получения этих препаратов. Современный подход к разработке пробиотических препаратов подразумевает применение различных видов микроорганизмов в определенных сочетаниях, выпуск их в форме, допускающей длительное хранение при обычной температуре, не теряющих своих свойств в процессе производства комбикормов и кормовых добавок (грануляции, экструдирования и т.п.), а также обладающих высокой биологической активностью в химусе. Клинико-экспериментальные исследования показали, что под действием желудочного сока и желчи пробиотики теряют почти 90 % своей активности к моменту попадания в кишечник (Бондаренко, Мацулевич, 2007). Разрабатываются различные способы повышения выживаемости бактерий, например, за счет их иммобилизации на пористых микроносителях, включения в состав препарата компонентов питательной среды. Получение пробиотических препаратов в виде биопленки - новое направление биотехнологии.
Рисунок 1. Микрофотографии образцов препаратов с биопленкой Bacillus subtilis. Масштабный отрезок 30 um.
Высокоэффективные кормовые добавки для ЖИВОТНЫХ на основе биопленки Bacillus subtilis на фитоносителеВысокоэффективные кормовые добавки для ЖИВОТНЫХ на основе биопленки Bacillus subtilis на фитоносителе
Разработан процесс твердофазного культивирования пробиотических штаммов вида Bacillus subtilis и получение биопленки на твердом носителе (синбиотический препарат ПроСтор, его модификация Санвит-К). Препараты производятся по уникальной технологии, которая включает стадию твердофазного культивирования пробиотических бактерий на фитоносителе (специально подготовленный свекловичный жом). Технология получения препаратов частично имитирует условия жизнедеятельности кишечных микросимбионтов и включает неполное твердофазное сбраживание пробиотической ассоциацией свекловичного жома (Ушакова с соавт., 2009). В результате образуется биопленка на поверхности фитоносителя, которая позволяет сохранять жизнеспособные бактерии, их метаболиты и биологически активные вещества (рис.1). Конечный продукт включает биомассу пробиотиков, продукты их метаболизма, продукты биотрансформации фитосубстрата и фитокомпоненты. Пробиотический эффект бацилл сочетается с эндоглюканазной, протеолитической, и амилазной активностями. В препаратах содержится набор важнейших ферментов: целлюлаза, эндоглюканаза, амилаза, комплекс протеаз, липаза, органические кислоты, биологически активные вещества, витамины и аминокислоты, иммуноактивные пептиды - продукты метаболизма пробиотиков. В препарат входят фиточастицы, являющиеся клетчатковым микросорбентом, и пребиотики - пектины свеклы. Пробиотические бактерии отличаются повышенной жизнеспособностью и устойчивостью к неблагоприятным условиям окружающей среды, поскольку находятся в виде биопленки на фитоносителе, а также адаптированы к условиям жизнедеятельности в кишечнике в процессе получения препарата. Исследования показали, что в биопленке по-иному, в сравнении с чистыми культурами бактерий, происходят их физиологические процессы, в том числе продукция метаболитов и биологически активных веществ. Особое значение имеют сигнальные вещества, обеспечивающие взаимодействие клеток в биопленке. По-видимому, такие вещества могут служить аналогами регуляторных молекул животного организма. Можно предположить, что соматостатин-подобный пептид, обнаруженный при развитии некоторых штаммов Bacillus subtilis, в том числе использующихся в пробиотической ассоциации препарата ПроСтор, является фактором межклеточной коммуникации (Ушакова с соавт., 2010). Известно, что грамположительные бактерии осуществляют обмен информацией, используя олигопептидные сигнальные молекулы. Согласно симбиогенетической теории происхождения эукариот многие сигнальные молекулы, общие для бактерий и эукариот, у первых выполняли синэкологические функции (обеспечение взаимодействия клетки с другими членами прокариотного сообщества), а у вторых стали обеспечивать согласованную работу клеток многоклеточного организма. При получении биопленки в препарате ПроСтор очевидно действие системы межклеточной коммуникации бактерий по принципу "Кворум сенсинг" (QS), способствующей выживанию вегетативных клеток (Kohli et all., 2018) Поэтому препараты, основанные на получении биопленки пробиотиков, отличаются от препаратов-аналогов наличием сигнальных веществ бактериального происхождения, влияющих на гомеостаз многоклеточных организмов-хозяев.
Препарат ПроСтор отличается дополнительным включением фиточастиц лекарственных растений - расторопши пятнистой Silybum marianum (L.) Gaertn. и эхинацеи пурпурной Echinacea purpurea L. Фенолкарбоновые кислоты, содержащиеся в корнях эхинацеи, укрепляют иммунитет, обладают противовирусным, противогрибковым действием. Расторопша содержит вещества, которые защищают и восстанавливают клетки печени, улучшают пищеварительные процессы. Для изучения влияния комплексного препарата ДБА ПроСтор на зоотехнические и физиолого-биохимические показатели цыплят в условиях вивария ФГУП «Загорское ЭПХ ВНИТИП» РАСХН был проведён опыт на бройлерах кросса «Кобб-500». Среднесуточный прирост живой массы опытных цыплят составил 63,31г при расходе 1,65 кг корма на 1кг прироста живой массы. Полученные в ходе научных экспериментов данные об эффективности препарата получили подтверждение и в широких производственных испытаниях.
Испытания ПроСтор в ЗАО «Приосколье», Белгородская область в опытах на 900 тыс. голов показало снижение санбрака на 15%, увеличение среднесуточного привеса на 1,3%, увеличение сохранности на 0,3%, снижение конверсии корма (повышение эффективности пищеварения) на 0.6%. Кормление кур-несушек в течение 6 месяцев позволило повысить яйценоскость на 21%, снизить эмбриональную смертность на 4%.
В ООО спецхоз «Вишневский», Воронежская область, применение ПроСтора в рационе свиней показало снижение кормозатрат на единицу прироста живой массы за счет лучшей усвояемости корма на 9,4% (табл.1). Таблица 1. Показатели применения пробиотического препарата ПроСтор в рационе свиней.
ПоказательЕдиница измерения+0.5 кг/т ПроСтораКонтроль
Количество поросятголов156161
Возраст поросятдни30-4930-4920
Продолжительность опытного кормлениядни2020
Средний вес в начале опытакг/гол7,577,74
Средний вес в конце опытакг/гол16,2715,14
Среднесуточный привескг/гол/сут0,4350,370
Расход корма за опыткг/гол11,911,1
Среднесуточный расход корма на головукг/гол/сут0,5950,555
Затрат корма на 1 кг привеса живой массыкг1,371,50
Экономическая эффективность%+9,4
Использование ПоСтор в кормлении КРС в опыте на телятах в ООО «Нива» (ОАО «Молочные компании «Зеленая долина») показало увеличение среднесуточного привеса телят на 111,2% (табл.2). Таблица 2. Показатели применения препарата ПроСтор в рационе телят (117 кормодней).
ПоказательКонтрольОпыт
Поголовье на начало опыта, голов1212
Средняя живая масса при постановке, кг85,2579,83
Живая масса в конце опытного кормления, кг185,50191,25
Средний привес 1 теленка, кг100,25111,41
Суточный привес 1 теленка , кг0,8560,952
% к контролю100111,2
Известно, что пробиотические препараты стимулируют развитие кишечных бактерий, что ведет к включению азота (из аммиака и других источников) в белок бактериальных клеток, биомасса которых затем выделяется из организма с фекалиями. Также показано, что и пребиотики способны снижать концентрацию аммония в фекалиях (Rehman, Bohm, Zentek, 2008; Flickinger et al., 2003). При этом влияние синбиотических препаратов на аммоний-азотный метаболизм в кишечнике связано со сдвигом выделения азота из мочи в фекалии (Heijnen, Beynen, 1997). Это объясняется возрастанием синтеза бактериального протеина, вызывающего уменьшение всасывания в кишечнике азота, образованного из аммония. Косвенное значение такого влияния проявляется в уменьшении неприятного аммиачного запаха на животноводческих фермах и птицеводческих хозяйствах и имеет важное экологическое значение.
Снижение негативного пресса повышенного содержания аммиака и сероводорода в животноводческих хозяйствах ведет к повышению качества жизни животных, что проявляется в дополнительных привесах путем опосредованного влияния на организм через обонятельную систему. Такой эффект проявляет пробиотический препарат ПроСтор, биопленка бактерий которого устойчива к сохранению в условиях повышенной влажности, в проточной системе и биологически/экологически активна. Это показано в опыте по применению модификации ПроСтора без лекарственных растений (препарат Санвит-К) в свиноводческих стоках СПК Колхоз имени Горина, Белгородская обл. Свиноводческий сток – это фекальные массы в периодическом протоке воды (рис.2). Такие условия позволяют пробиотической биопленке, которая смешивается с фекалиями, снижать уровень аммиака за счет использования азота для своей жизнедеятельности и сероводорода за счет ингибирования развития анаэробов. Одна только нормализация воздушной среды без применения каких-либо иных воздействий оказала явное положительное действие на рост и развитие свиней (рис. 3).
Рисунок 2. Вид свиноводческого стока в СПК Колхоз имени Горина.
Высокоэффективные кормовые добавки для ЖИВОТНЫХ на основе биопленки Bacillus subtilis на фитоносителе
Таким образом, на различных животных убедительно показано, что новое поколение кормовых пробиотических препаратов в виде биопленки на фито-носителе отличается высокой биологической активностью и перспективно для применения в рационах животных и для улучшения экологических показателей.
Литература:
  • Бондаренко В. М., Мацулевич Т. В. Дисбактериоз кишечника как клинико-лабораторный синдром: современное состояние проблемы. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2007. С. 304-305.
  • Ушакова Н.А., Бродский Е.С., Козлова А.А., Нифатов А.В. Анаэробная твердофазная ферментация растительных субстратов с использованием Bacillus subtilis // Прикладная биохимия и микробиология, 2009, том 45, № 1, с. 70-77.
  • Ушакова Н.А., Вознесенская В.В., Козлова А.А., Нифатов А.В., Самойленко В.А., Некрасов Р.В., Егоров И.А., Павлов Д.С. Выделение соматостатин-подобного пептида клетками Bacillus subtilis В-8130, кишечного симбионта дикой птицы Tetrao urogallus, и влияние бациллы на животный организм //Доклады АН. 2010, том 434, № 2, с. 282–285.
  • Ушакова Н.А., Некрасов Р.В., Правдин В.Г., Кравцова Л.З., Бобровская О.И., Павлов Д.С. Новое поколение пробиотических препаратов кормового назначения // Фундаментальные исследования. 2012. № 1. С. 184-192; 4.
  • Ушакова Н.А., Некрасов Р.В., Мелешко Н.А., Лаптев Г.Ю., Ильина Л.А., Козлова А.А., Нифатов А.В. Влияние Bacillus subtilis на микробное сообщество рубца и его членов, имеющих высокие коэффициенты корреляции с показателями пищеварения, роста и развития хозяина //Микробиология. 2013. Т.82. №4. С.456-463.
  • Flickinger E.A., Schreijen E.M., Patil A.R., Hussein H.S. Nutrient digestibilities, microbial populations, and protein catabolites as affected by fructan supplementation of dog diets// J. Anim. Sci. 2003. V.81. P.2008-2018.
  • Heijnen M.L. A., Beynen A.C. Consumption of retrograded (RS3) but not uncooked (RS2) resistant starch shifts nitrogen excretion from urine to feces in cannulated piglets // J. Nutr. 1997. V.127. P.1828–1832.
  • Kohli V., Rehman S., Rathlavath S., Agarwal D. Quorum Sensing: Survival Strategy of Microbes // International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences May 2018. V.7(N 05). P.165-172.
  • Rehman H., Bohm J., Zentek J. Effects of differentially fermentable carbohydrates on the microbial fermentation profile of the gastrointestinal tract of broilers // J. Anim. Physiol. Anim. Nutr. 2008. V.92. P.471-480.