Пробиотики в животноводстве (птицеводстве)

Пробиотики для сельскохозяйственных животных

ЗАДАЧИ

В связи с импортозамещением, которое предсказуемо затронуло все российское сельское хозяйство, являющееся гарантом продовольственной безопасности нашей страны, в настоящее время наблюдается интенсивное развитие отечественного животноводства. Основными задачами эффективного животноводства (птицеводства) являются:

• получение максимальной продуктивности  и высокой сохранности поголовья;
• производство высококачественных и безопасных для питания человека продуктов;
• снижение себестоимости продукции животноводства;
• обеспечение экологической безопасности производства.

Вместе  с тем сельхозпроизводители сталкиваются с проблемами, связанными   с сохранностью молодняка сельскохозяйственных животных, которые вызваны с заболеваниями желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). Следует отметить, что болезни ЖКТ занимают второе место после вирусных и являются основной причиной гибели молодняка.

Болезни ЖКТ связаны с нарушением кишечного микробиома и снижением резистентности, обусловленные ослаблением иммунной системы на которую оказывают влияние:

• высокая концентрация поголовья на ограниченных территориях;
• технологические стрессы;
• ухудшение технологии;
• широкое использование антибактериальных препаратов;
• дезинфекция и др.

Среди актуальных ветеринарных проблем в животноводстве является диарея у молодняка сельскохозяйственных животных. Участились случаи гибели молодняка, вызванные дисбактериозом. Дисбактериоз – это качественные и количественные изменения микробиома в результате изменения защитных механизмов, выполняющих барьерную функцию кишечника. Развитию дисбиотического процесса способствует загрязненность кормов ксенобиотиками микробного и химического происхождения, нарушение санитарных правил выращивания животных, несбалансированность их рациона, стрессы, вакцинации и лекарственная терапия.

В последнее десятилетие наблюдается устойчивая тенденция к снижению общего объема применяемых антибиотиков в сельском хозяйстве. Это связано со снижением эффективности ряда антибиотиков и образованием антибиотикоустойчивых форм патогенных бактерий, которые не инактивируются в процессе лечения животных, а инфекционные заболевания протекают тяжело и в отдельных случаях с летальным исходом. 

В связи с этим, в последние годы альтернативой антибиотикам все чаще становятся пробиотики – препараты из жизнеспособных бактерий. Известно, что в состав пробиотиков входят представители нормальной микрофлоры кишечника, безопасные для здоровья животных и обладающие широким спектром полезных свойств, в частности, бифидо-, молочнокислые, лактобактерии, а также стрептококки и аэробные спорообразующие бактерии. Они обладают высокой антагонистической активностью и заселяют кишечник новорожденных животных, создавая биологический барьер для патогенных микроорганизмов.

P.S. Также отдельной темой стоят вопросы производства высококачественного кормового белка для животноводства. С этой задачей также помогает справится использование биотехнологического потенциала пробиотических микроорганизмов.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКЦИЯ

В настоящее время ООО «Малое инновационное предприятие «Бифивит» при Восточно-Сибирском государственном университете технологий и управления г. Улан-Удэ совместно с компанией ООО "Пропионикс" г. Москва активно занимаются практической реализацией результатов собственных научных исследований. Нами разработана концепция создания и применения пробиотических биологически активных добавок в практическом здравоохранении и сельском хозяйстве (животноводстве, птицеводстве и свиноводстве). Широкое применение пробиотических препаратов в сельском хозяйстве является естественной альтернативой использованию антибиотиков. Пробиотические препараты открывают новое направление в технологии современного животноводства. В настоящее время выпускается широкий спектр пробиотических препаратов и заквасок прямого внесения, которые широко используются в практическом здравоохранении, молочной промышленности и могут найти применение в ветеринарной практике и производстве заменителей цельного молока для молодняка сельскохозяйственных животных.

Монокультурные биопрепараты (пробиотики, микроэлементы):

Биологически активные добавки на основе бифидо- и пропионвокислых бактерий (в соответствующих концентрациях для с/х животных и птиц): Концентрат бифидобактерий жидкий, Йодпропионикс, Селенпропионикс сегодня вызывают большой интерес даже за рубежом и могут найти широкое применение в отечественном животноводстве. Особо следует отметить в них уникальную возможность совместного использования пробиотических микроорганизмов и дозированного количества микроэлементов (йода и селена) в безопасной органической форме, получаемой за счет использования ферментативных свойств полезных бактерий. Как известно, сегодня не подлежит сомнению влияние йода и селена на интерьерные показатели сельскохозяйственных животных и на их продуктивность.

Комплексные биопрепараты:

Стоит отдельно отметить специально разработанный для животноводства комплексный биопрепарат, состоящий из бифидобактерий Bifidobacterium animalis, выделенных из фекалий теленка и специально подобранного штамма пропионовокислых бактерий, обладающего  высокой антагонистической  активностью к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам.

Пропионовокислые бактерии являются естественной микрофлорой желудка (рубца) жвачных, и потому являются чрезвычайно полезными для животных: снижают избыточную кислотность силосов, вызывающих у животных ацидоз (кетоз); образующиеся при брожении пропионовая и уксусная кислоты хорошо утилизируются животными. Липолитическая и протеолитическая активность пропионовокислых бактерий способствуют перевариванию кормов.

Бактерии образуют в больших количествах витамин В₂ и особенно В₁₂. Пропионовокислые бактерии устойчивы к пенициллину, хлортетрациклину, стрептомицину, эритромицину, грамицидину С и полимиксину, поэтому возможно совместное применение указанных антибиотиков и пропионовых бактерий при лечении некоторых заболеваний животных.

Лечебно-профилактическое действие:

КОРМОВОЙ БЕЛОК В ЖИВОТНОВОДСТВЕ И ПТИЦЕВОДСТВЕ

Нашли свое применение пробиотики и в производстве кормового белка, в частности пропионовокислые бактерии (ПКБ), которые очень эффективны в белковом биосинтезе. Использование бактерий в качестве продуцента белкового корма является более эффективным, так как бактерии образуют до 75% белка по массе, в то время как дрожжи - не более 60%. Использование штаммов Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii, для приготовления белкового корма имеет множество преимуществ:

• снижение энергозатрат при приготовлении кормового белка, т.к ПКБ являются анаэробами и не требуют подачи воздуха;
• упрощение аппаратурного оснащения, т.к. пропионовокислые бактерии обладают широким спектром антимикробного действия, что исключает развитие посторонней микрофлоры в процессе биосинтеза белка (не требуется наличие специального оборудования для соблюдения условий стерильности);
• утилизация отходов производств, использующих природное сырье, при наращивании биомассы штаммов ПКБ с целью приготовления белкового корма (решаются экологические проблемы предприятий);
• повышение биологической ценности кормового белка за счет обеспечения возможности обогащать микрофлору кишечника животных живыми клетками пропионовокислых бактерий.

Немаловажным является тот факт, что вся имеющаяся биотехнологическая продукция является инновационной и не имеет аналогов. В отличие от большинства распространенных на мировом рынке биопрепаратов для сельскохозяйственных животных и птиц, в представленных нашей компанией разработках широко используются естественные для животных микроорганизмы, в частности, пропионовокислые бактерии, в изучении которых ведущая роль принадлежит отечественной научной школе, базирующейся в ВСГУТУ.

Дополнительная информация

Применение пробиотиков в животноводстве

В последние десятилетия были проведены некоторые исследования, чтобы проиллюстрировать новые возможности в области пробиотиков и обнаружить потенциальные пробиотические микробы. Согласно Sun et al., (2021) многовидовые пробиотики, состоящие из L. acidophilus, L. casei, B. thermophilum и E. faecium, были успешно использованы для уменьшения диареи, вызванной энтеротоксигенной E. coli (ETEC) F18⁺ у поросят-отъемышей [1]. Кроме того, многовидовые пробиотики были полезны для повышения показателей роста за счет уменьшения воспаления кишечника, окислительного стресса и морфологических повреждений. Sobrino et al. (2021) попытались изучить заменители антимикробных препаратов (АМ) в свиноводстве. Они использовали штамм Ligilactobacillus salivarius, полученный из молока свиноматок, и скармливали его беременным свиноматкам и поросятам. Результаты показали заметное снижение присутствия устойчивых к антибиотикам Lactobacillus, что стало очевидным в группе лечения [2]. В недавних исследованиях было высказано предположение, что Prevotella оказывает положительное влияние на свиноводство, улучшая показатели роста и иммунный ответ [3,4,5,6]. Lactobacillus, Escherichia, Shigella и Bacteroides доминируют в микробиоте тонкого кишечника, в то время как, с другой стороны, Prevotella доминирует в микробиоте толстого кишечника на стадии новорожденности. Кроме того, Prevotella доминирует в тонком и толстом кишечнике свиней после отъема [7]. Кроме того, сообщалось, что у поросят без диареи было обнаружено значительно более высокое содержание Prevotella в кишечнике, чем у поросят с диареей. Prevotellacea UCG-003 была ключевой бактерией в недиарейной микробиоте поросят, согласно корреляционному сетевому анализу [8]. Ngo et al. (2021) использовали новый пробиотик (B. amyloliquefaciens H57) в кормовых гранулах (с высоким содержанием концентрата), который снижает выработку летучих жирных кислот и предотвращает появление запаха в гранулированных кормах. Это способствует более высокому потреблению корма жвачными животными [9]. В недавних исследованиях анаэробных грибов было продемонстрировано, что они в основном способствуют утилизации клетчатки рубца путем деградации клеточных стенок растений двумя способами, т. е. ферментативно и механически [10,11]. Примечательно, что продолжающиеся исследования показали сродство грибковых углеводно-активных ферментов (КАЗимов или CAZymes) к трудноперевариваемой клетчатке, что может прояснить специфическое использование анаэробных грибов при скармливании кормов более низкого качества жвачным животным. Следовательно, грибки также можно использовать в качестве потенциальных пробиотиков в питании жвачных животных [12]. Исследования по использованию бактерии Bacillus subtilis в качестве спорообразующей пробиотической бактерии в питании домашнего скота не показали опасных воздействий и продемонстрировали жизнеспособность ее использования в качестве пробиотика, главным образом из-за антимикробного, ферментативного и иммуномодулирующего действия [13]. Исследование, проведенное Cai и др. (2021), показало, что S. cerevisiae и C. butyricum и их смесь улучшили условия в рубце за счет повышения рН и уменьшения окисления, а также улучшили способность к созреванию рубца за счет увеличения усвояемости добавок и дальнейшего развития производства летучих жирных кислот; с этого момента наблюдалось дальнейшее увеличение роста продуктивности коз, подвергшихся тепловому стрессу [14]. Debaryomyces hansenii также приобретает все большую привлекательность в качестве нового потенциального пробиотика как для наземных, так и для водных животных. Пероральное введение D. Hansenii было связано с пробиотическими свойствами, такими как иммуностимулирующие эффекты, регуляция микробиоты кишечника, увеличение клеточной пролиферации, дифференцировки и улучшение пищеварительной функции. Биоактивные молекулы этого вида дрожжевых грибков (включая компоненты клеточной стенки и полиамины) были идентифицированы и связаны с иммуномодулирующим действием [15]. Таким образом, существует множество потенциальных пробиотических микробов, которые еще предстоит открыть и которые могут сыграть эволюционную роль в животноводстве.

Способы действия пробиотиков для домашнего скота

Существует множество предложенных способов действия пробиотиков для домашнего скота [16,17,18,19,20,21,22,23,24]. Однако основные механизмы действия, предложенные для пробиотиков, рассматриваются в следующих разделах (обобщенные на рисунке).

Рисунок. Предлагаемые способы действия пробиотиков для домашнего скота. Схематическая диаграмма, иллюстрирующая потенциальные механизмы, посредством которых пероральное введение пробиотиков может способствовать благотворному эффекту за счет изменения состава кишечной микробиоты, изменения барьерной функции кишечника, солей желчных кислот и продукции Th1-цитокинов. Кроме того, пробиотики, содержащие молочнокислые бактерии, могут подавлять экспрессию провоспалительных цитокинов и хемокинов. Снижение транслокации бактерий может происходить в результате способности пробиотиков укреплять слизистый барьер. Пробиотики препятствуют колонизации патогенными бактериями посредством конкуренции за питательные вещества, активизации иммунной системы и выработки антитоксинов. Эти механизмы включают ① Конкурентное исключение за сайты связывания, ② Адгезию к ЖКТ, ③ Усиление эпителиального барьера, ④ Увеличение переваривания и всасывания питательных веществ, ⑤ Конкуренцию с патогенными бактериями за питательные вещества в кишечнике, ⑥ Производство антимикробных веществ, ⑦ Изменение экспрессии генов у патогенных микроорганизмов, ⑧ Бактериальный антагонизм, ⑨ Биоконверсию и ⑩ Иммуномодуляцию. Сокращения: ↑, увеличение; ↓, уменьшение; IFN-γ - интерферон гамма; TNF-α - фактор некроза опухоли альфа; IL-1β, IL-4, IL-6, IL-13, IL-15

① Модификация микробной популяции ЖКТ: пробиотики могут увеличивать популяцию полезных микробов, таких как Lactobacillus и Bifidobacterium, которые впоследствии ограничивают рост вредных бактерий, создавая ингибирующие химические вещества и конкурируя за сайты связывания [25,26]. ② Адгезия к стенке ЖКТ для предотвращения колонизации патогенными микроорганизмами: большинство кишечных патогенов могут колонизировать кишечный эпителий и в результате вызывать заболевание [27]. В результате Lactobacillus могут прикрепляться к эпителию кишечника и конкурировать с патогенами за рецепторы адгезии, такие как гликоконъюгаты [28]. Lactobacillus и Bifidobacterium имеют гидрофобные белки поверхностного слоя, которые неспецифически помогают бактериям, прикрепляясь к поверхности клеток животных [29]. ③ Усиление эпителиального барьера: экспериментальные исследования на модельных животных показали, что пробиотики P. acidilactici улучшают функцию кишечного барьера за счет снижения проницаемости кишечного эпителия для транслокации энтеротоксигенных кишечных палочек (ETEC) в мезентериальные лимфатические узлы у поросят после отъема по сравнению с контрольной группой после заражения ETEC [30]. Текущие данные, например, свидетельствуют о том, что L. jensenii TL2937 снижает внутриклеточный поток Ca²⁺ в эпителиальных клетках кишечника свиньи, подверженных воздействию DSS (декстран сульфат натрия),увеличивая плотность плотного соединения [31]. ④ Увеличение переваривания и усвоения питательных веществ: в этом случае спорообразующие бактерии усиливают выработку внеклеточных ферментов, которые облегчают переваривание питательных веществ [32,33]. ⑤ Конкуренция с патогенными бактериями за питательные вещества в кишечнике: пробиотические бактерии могут конкурировать с патогенными бактериями за питательные вещества и места всасывания, быстро используя источники энергии, потенциально сокращая логарифмическую фазу развития бактерий [26]. ⑥ Производство противомикробных веществ: пробиотические бактерии, которые вырабатывают молочную кислоту и короткоцепочечные жирные кислоты, обладают способностью подавлять вредные микроорганизмы [34,35]. ⑦ Изменение экспрессии генов у патогенных микроорганизмов: пробиотики могут влиять на чувство кворума патогенных бактерий, тем самым изменяя их патогенность. Продукты ферментации L. acidophilus La-5 значительно подавляли внеклеточную продукцию химического сигнала (аутоиндуктора-2) энтерогеморрагической кишечной палочкой человека серотипа O157:H7, что приводило к ингибированию экспрессии вирулентного гена (LEE — локус поражения энтероцитов) in vitro [36]. ⑧Бактериальный антагонизм: Пробиотические микроорганизмы, однажды обосновавшись в кишечнике, могут продуцировать органические кислоты, перекись водорода, лактоферрин и бактериоцин, которые могут проявлять либо бактерицидные, либо бактериостатические свойства [37]. ⑨ Бактерицидная активность / биоконверсия: Лактобациллы превращают лактозу в молочную кислоту, снижая рН до такой степени, что патогенные бактерии не могут выжить. Кроме того, живые дрожжи конкурируют с бактериями, продуцирующими молочную кислоту, за переваривание сахаров, полученных в результате расщепления крахмала, тем самым стабилизируя рН рубца и сводя к минимуму опасность ацидоза [38,39,40]. ⑩ Иммуномодуляция: исследование показало, что пробиотические молочно-кислые бактерии (МКБ) с иммунорегуляторными функциями могут благотворно модулировать иммунный ответ в кишечнике, модулируя функции эпителиальных клеток кишечника свиньи [41,42,43]. Кроме того, доказано, что пробиотические МКБ способны действовать как иммуномодуляторы за счет усиления активности макрофагов [42], повышения местного уровня антител, индукции продукции противовоспалительных цитокинов (IL-10, IFN-γ, IFN-β, IL-1β, TGF-β), снижая IL-4, IL-6, IL-8, MCP-1 и активируя клетки-киллеры [11,32,54].

Иммуномодулирующие свойства, по-видимому, зависят от штамма, что означает, что разные пробиотики могут иметь параллельные механизмы действия, в то время как один штамм может иметь несколько механизмов действия. Например, довольно много пробиотических штаммов оказывают сопоставимое воздействие на микробное сообщество желудочно-кишечного тракта, хотя механизмы действия некоторых пробиотиков в основном неизвестны. Точный механизм действия пробиотиков недостаточно изучен в большинстве исследований, посвященных их влиянию на производительность. Следовательно, механизмы должны изучаться в каждом конкретном случае, поскольку тесно взаимосвязанные пробиотики, по-видимому, обладают различными способами действия. Пробиотические эффекты являются результатом взаимодействия между хозяином и пробиотическим микроорганизмом. В результате дополнительные исследования взаимодействия хозяина и микроба могли бы пролить свет на пробиотический способ действия.

Для получения представления об актуальности использования микробиологической продукции в животноводстве (птицеводстве, свиноводстве) предлагаем ознакомиться с краткими заметками по данной теме:

• Пробиотики в животноводстве (птицеводстве) - О пробиотиках, как о неотъемлемом компоненте рационального кормления животных и организации фармакологического обеспечения в условиях промышленного животноводства и птицеводства

• Характеристика антимикробной функции молочного пробиотика Propionibacterium freudenreichii против мультирезистентной сальмонеллы enterica Serovar Heidelberg (S. Heidelberg) у индюшат

Так как статей по пробиотикам в животноводстве (птицеводстве) достаточно много, предлагаем самостоятельно ознакомиться с относительно недавним систематическим обзором (в оригинале) под названием "Пробиотики: симбиотические отношения с животным-хозяином", в котором также даются ссылки на многие исследования: 

Elvia Guadalupe Melara, et al. Probiotics: Symbiotic Relationship with the Animal Host -Animals 2022, 12(6), 719