Таксономические И Функциональные Особенности Микробиоты Рубца У Дойных Коров С Диагнозом Кетоз

Abstract

В последние годы в животноводческих хозяйствах Российской Федерации резкое увеличения уровня молочной продуктивности у крупного рогатого скота за счет введения в рацион высоких количеств крахмала при одновременном снижении доли некрахмалистых полисахаридов отрицательно сказалось на многих функциях животных, с чем связан, в частности, рост распространенности метаболических заболеваний. Одно из подобных расстройств -кетоз, заболевание, которое отмечается у 23-80 % высокопродуктивных коров в послеотельный период. Отрицательный энергетический баланс у дойных коров в период лактации нарушает координацию липидного обмена между жировой тканью, печенью, кишечником и молочными железами, что приводит к кетозу. Микробное сообщество рубца играет значительную роль в энергетическом гомеостазе хозяина, его метаболической и физиологической адаптации к периодам недостатка энергии. Однако исследования, касающиеся состава микробного сообщества и реализуемых микроорганизмами метаболических путей при кетозе молочных коров, немногочисленны. В настоящем сообщении мы описали изменения микробного пейзажа и реализуемых микроорганизмами метаболических путей в рубце молочных коров при кетозе. Целью работы было сравнение состава и метаболического потенциала рубцовой микробиоты у двух дойных коров черно-пестрой голштинизированной породы 3-й лактации (клинически здоровой и кетозной) с применением NGS-секвенирования и количественной ПЦР с обратной транскрипцией. Была также проведена биоинформатическая реконструкция с прогнозированием функционального потенциала метагеномного сообщества. В микробиоте рубце коровы с кетозом повышалась доля таксонов, ассоциированных с нарушением энергетического баланса, в частности связанном с глюконеогенезом, повышением синтеза лактата, усилением патогенеза. Так, в 1,2 раза (при р ≤ 0,05) снижалась представленность бактерий филума Bacteroidetes, включавшего роды, связанные с образованием пропионата и сукцината -главных источников глюкозы для глюконеогенеза и высокоценных для коров янтарной и уксусной кислот. В рубце кетозного животного мы обнаружили повышение (р ≤ 0,05) доли родов Odoribacter и Frischella, среди которых встречаются патогены, а также представленности патогенного вида Bacteroides fragilis. У коровы, больной кетозом, произошло полное исчезновение из состава микробиоты рубца неатрибутируемых бактерий из рода Gp15. Выявлена достоверная разница (р ≤ 0,001) в экспрессии гена ldh-L L-лактатдегидрогеназы между животными: уровень экспрессии генов, ассоциированных с синтезом этого фермента, у коровы с кетозом был в 128±17,9 раза выше, чем у клинически здорового животного. С применением программного комплекса PICRUSt2 и MetaCyс было показано, что у коровы с диагнозом кетоз предсказанный потенциал функциональной активности микробиоты усилен в отношении 12 метаболических путей (р ≤ 0,05). В частности, повышен прогнозируемый метаболический потенциал, связанный с осуществлением гетероферментативного молочнокислого брожения, усилением деградации гекситолов, синтезом О-антигенов, используемых патогенными формами дл...

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ И СИМБИОГЕНЕТИКА: СИНТЕЗ КЛАССИЧЕСКИХ ИДЕЙ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ВЫСОКОПРОДУКТИВНЫХ Агро-Ценозов (Обзор)

“…Например, системы приобретенного иммунитета у позвоночных регулируют структуру микробиомов, населяющих пищеварительные органы (рубец, кишечник), где симбионты осуществляют деградацию получаемых с пищей биополимеров (в первую очередь, целлюлозы и пектина) и синтез белка. Состав этих микробиомов определяется возрастом животных, их физиологическим состоянием, режимом кормления (33,34) и в значительной степени сохраняется при размножении хозяев (35). Функциональная структура эндосимбиотического микробиома животных, связанная с адаптивными функциями, может быть охарактеризована с помощью математических моделей, основанных на фрактальном анализе.…”

“…Не меньшую роль симбиотические микроорганизмы играют в питании животных, особенно растительноядных: находясь в пищеварительных органах, микробы разрушают поступающие туда биополимеры, а также синтезируют белок и образуют метаболиты, по которым дефицитны кормовые растения (51). Для оптимизации микрофлоры в организме животных активно применяют препараты проибиотиков, в первую очередь лактобактерий, способствующих повышению усвояемости кормов и осуществляющих биоконтроль патогенных организмов (33,34).…”