28.10.2020
Источник: The DairyNews
Регион: Россия

Что губит корову?

Кормление высокопродуктивных молочных коров - это сложная задача, особенно в период лактации. Высокопродуктивные коровы намного требовательнее к условиям кормления, чем среднепродуктивные животные. Тем не менее, экономика молочного животноводства потребовала увеличения производства молока, чтобы многие молочные фермы оставались «на плаву» в финансовом отношении. Результатом явилась колоссальная перегрузка рубца доступными формами энергии (крахмалом и белками) при одновременном снижении доли клетчатки. Это резко не соответствует физиологическим потребностям животных, поскольку рубец жвачных эволюционировал в течение многих лет в направлении переваривания целлюлозосодержащего растительного материала. Несогласованность нейрогуморальной и гормональной регуляции потребления корма и синтеза молока в период лактации, а также отрицательный энергетический баланс (когда энергии с молоком выделяется больше, чем поступает с кормом) усугубляет напряжение обменных процессов.

Каскад нарушений

Почему же рубец так важен? Дело в том, что энергетический метаболизм жвачных уникален: энергия поступает, в основном, за счет микробного брожения в рубце. Можно бесконечно перечислять многочисленные функции рубцовой микробиоты, но одной из важнейших является ферментация (биоконверсия) сложных углеводов в важнейшие продукты, а именно летучие жирные кислоты (ЛЖК): пропионат, ацетат, бутират и т.д.

Так, у жвачных животных около 90% глюкозы образуется вследствие глюконеогенеза. Важнейшими предшественниками глюконеогенеза являются ЛЖК, образуемые в рубце и транспортируемые в печень, где они включаются в этот процесс, что обеспечивает животное высокоценной глюкозой.

Поэтому, выраженные, глубокие нарушения метаболизма жвачных начинаются именно вследствие дисбиотических сдвигов в составе микробиома.

Компания НПК «БИОТРОФ» имеет единственную в России молекулярно-генетическую лабораторию, которая анализирует микробиом стада, включая нормофлору, условно-патогенную микробиоту, все формы патогенных и некультивируемых микроорганизмов. Одна из наиболее сложных и дорогостоящих технологий, используемых в НПК «БИОТРОФ», — это NGS-секвенирование (next generation sequencing), которое позволяет выявить полный видовой состав всех 100% микробных сообществ рубца и других экосистем. С использованием данного метода было показано, что патологические состояния у коров, приводивших к выбытию из стада, были связаны со сдвигами в таксономии рубца (рис. 1).

imgonline-com-ua-Resize-C9fSQXJ4DICW.jpg
Рис. 1. Изменения микробного и метаболического профиля рубца коров на фоне высококонцентратного кормления (дизайн НПК «БИОТРОФ»)

На фоне высококонцентратного кормления в рубце увеличивается численность амилолитиков,  которые совместно с лактобактериями образуют мощную кислоту - лактат. Именно накопление молочной кислоты вызывает ацидоз рубца, поскольку рубец уже не справляется с буферизацией и всасыванием кислот, поэтому его содержимое подкисляется. На данном фоне происходит подавление чувствительных к снижению уровня рН продуцентов ЛЖК, таких как Selenomonas sp. и Megasphaera sp., а также и целлюлозолитиков. Поскольку животное не синтезирует собственных целлюлаз, процессы переваривания клетчатки тормозятся. В результате гибели ЛЖК-синтезирующих микроорганизмов скорость образования пропионата в рубце снижается, вследствие чего процесс глюконеогенеза, т.е., образования глюкозы, у животных замедляется. Это приводит к нарушению координации липидного обмена между жировой тканью, печенью, кишечником и молочными железами, что провоцирует возникновение кетоза.

В НПК «БИОТРОФ» был проведен эксперимент на дойных коровах, одна из которых была клинически здорова, а вторая страдала кетозом. Для исследования содержимого рубца применялся биоинформатический анализ потенциала метаболических возможностей с помощью программного пакета PicRust2 на основе данных 16S- метагеномики бактериального сообщества. Это новый метод, разработанный специалистами компании на основе мирового опыта, который предоставляет возможность точно реконструировать метаболический потенциал бактерий. Этот метод гораздо более информативен, нежели анализ таксономической (видовой, родовой и пр.) принадлежности бактерий, поскольку пути метаболизма микробиома меняются в зависимости от таких факторов, как рацион, рН, а также вследствие быстрого обмена генетическим материалом между микроорганизмами.

 У коровы с диагнозом «кетоз» был усилен уровень функционального потенциала 12-ти метаболических путей микробного сообщества рубца по сравнению с клинически здоровым животным. Например, выяснилось, что в рубце коровы с кетозом происходила активация метаболических путей микробиома, связанных с гетероферментативным молочнокислым брожением и синтезом лактата. Это подтверждает каскадный механизм развития кетоза на фоне лактатного ацидоза рубца. Повышался также характерный для патогенов уровень метаболического потенциала, направленного на производство О-антигенов, которые связаны с противостоянием факторам иммунитета (фагоцитозу и литическому действию системы комплемента) хозяина. Это свидетельствует об усилении процесса патогенеза на фоне кетоза. 

imgonline-com-ua-Resize-PRjUMZdV6r1A1Mj.jpg

Рис. 2. Данные (р≤0,05) функциональной аннотации метаболических путей метагеномного сообщества рубца коров (данные НПК «БИОТРОФ»)

Таким образом, в организме коров на фоне дисбиозов и нарушения метаболизма микробиома рубца происходят серьезные сбои в углеводном энергетическом, протеиновом, липидном обмене, что в конечном итоге приводит к возникновению целого спектра заболеваний, приобретающих массовый характер, и существенному снижению продолжительности жизни животных.

Дальше - больше…

На фоне смещения равновесия в сторону образования лактата в рубце получают конкурентное преимущество опасные патогены – фузобактерии (прежде всего, Fusobacterium necrophorum), поскольку они потребляют молочную кислоту в качестве субстрата для развития, а низкие значения кислотности оптимальны для их жизнедеятельности. Вследствие нарушений целостности слизистой пищеварительной системы, вызванными патогенами, микотоксинами кормов и простейшими, а также при фекальном загрязнении животных, происходит  распространение фузобактерий по организму. Именно этот патоген и вызывает падение продуктивности (рис. 3А), а также все сопутствующие метаболическим нарушениям патологии у животных, такие как послеотельные осложнения, проблемы с воспроизводством ( табл. 1), ламиниты и хромоту (рис. 3Б).  

А
333.png

Молочная продуктивность, кг

Б

444.png

Рис. 3. Последствия развития  F.  necrophorum в рубце: А -Зависимость между содержанием F.  necrophorum в рубце коров и уровнем надоя, Б – поражения копыт (данные НПК «БИОТРОФ»)

Таблица 1. Содержание F.  necrophorum в соскобах с влагалища коров: клинически здоровых и с диагнозом «эндометрит»

(данные НПК «БИОТРОФ»)

Варианты опыта

Fusobaterium sp.

Послеотельный гнойно-катаральный эндометрит (M±m, n=7)

8,4±5,9

Клинически здоровые (M±m, n=7)

5,5±3,1

t-критерий Стьюдента

443,9

Дисбиозы также напрямую связаны и с нарушением деятельности молочной железы. Как показали исследования, количество соматических клеток в молоке положительно (r=0,89) коррелирует со стафилококками – возбудителями мастита, которые присутствуют в рубце на фоне снижения представителей нормофлоры (рис. 4). 

555.png

Рис. 4. Связь стафилококков в рубце и соматических клеток в молоке (ось х – в молоке,  ось y – в рубце) (данные НПК «БИОТРОФ»)

Таким образом, следствием дисбиоза и метаболического стресса являются такие патологии, как некробактериоз слизистой рубца, абсцессы печени, ламиниты, маститы, патологии органов воспроизводства, в том числе, послеотельные эндометриты, снижение уровня молочной продуктивности, что приводит к раннему выбытию из стада. 

Ключ к долголетию коров 

Малая продолжительность использования коров, безусловно, нерентабельна, поэтому следует принять все необходимые меры, чтобы продлить продуктивное долголетие.

Специалисты компании «БИОТРОФ» уделяют пристальное внимание всем параметрам, которые имеют решающее значение для производства пробиотиков с высоким уровнем эффективности с учетом важнейших проблем современного животноводства. Глубокие научные исследования привели к разработке и коммерциализации линейки пробиотических препаратов с уникальными свойствами, не обнаруженными у других родственных бактерий.

В современных условиях штаммы бактерий в составе пробиотиков должны обладать целым комплексом полезных биотерапевтических свойств.

Использование молекулярно-биологических возможностей компании «БИОТРОФ» сделало работу по селекции и изучению механизмов действия штаммов бактерий в составе пробиотиков еще более результативной.

Был разработан ряд инновационных пробиотических препаратов, каждый из которых имеет масштабное научное досье, обосновывающее дифференцированное управление микробными представителями нормофлоры и другие полезные свойства.

Яркий пример - многокомпонентный пробиотик Профорт на основе двух штаммов микроорганизмов Bacillus sp. и Enterococcus sp. Результаты многочисленных опытов, проведенных на животных, доказали безусловную эффективность применения биопрепарата.

Для детального изучения всех свойств штаммов бактерий в составе Профорта был применен инновационный метод полногеномного секвенирования, который позволил оценить функцию каждого гена в составе генома и описать все механизмы действия и биологический потенциал на молекулярном уровне. Этого не может предложить ни одна компания, распространяющая пробиотики в России.

Проведенный филогенетический анализ штаммов бактерий в составе пробиотика Профорт выявил уникальность метаболических возможностей данных микроорганизмов по сравнению с аналогичными видами бактерий.

Так, на рисунке 4 в качестве примера показана степень филогенетической близости штамма Bacillus sp. в составе Профорта к геномам родственных микроорганизмов. Видно, что между штаммом бактерии в составе биопрепарата и другими микроорганизмами того же вида были обнаружены значительные различия в составе геномов, а, следовательно, и уникальность путей метаболизма. Такое геномное разнообразие у штаммов бактерий в составе пробиотика Профорт могло появиться в результате мутаций и горизонтального переноса генов между микроорганизмами.

666.png

Рис. 4. Филогенетический анализ штамма Bacillus sp. (данные НПК «БИОТРОФ»)

Как видно из рисунка 5, в клетках  Bacillus sp. в составе пробиотика Профорт более 30% генов связаны с пробиотической активностью. Имеется  ряд  ферментов,  участвующих  в биосинтезе важнейших соединений: жирных кислот, аминокислот, в том числе, незаменимых, витаминов, бактериоцинов и др.


777.png

Рис. 5. Метаболическая сеть штамма Bacillus sp. в составе пробиотика Профорт  (данные НПК «БИОТРОФ»)

Одними из важнейших продуктов бактериального синтеза являются такие соединения как жирные кислоты, значение которых для организма коров, как уже стало понятно, чрезвычайно важно. Штаммы бактерий Bacillus sp. и Enterococcus sp. в составе пробиотика Профорт позволяют вырабатывать достаточное количество указанных соединений, которые не только обладают противовоспалительным воздействием, защищают организм от патогенов и токсинов, поддерживают микробное равновесие и целостность слизистой кишечника, но, что самое важное, участвуют в метаболическом гомеостазе, снабжая животное энергией. Так, обнаружилось, что в составе генома Bacillus sp. локализованы гены (FabD, FabF, FabG, FabZ, FabI и др.), связанные с продукцией белков, участвующих в синтезе 9 карбоновых кислот с антимикробными свойствами, в частности, пропионовой, масляной (бутирата), капроновой, каприловой и др.

Был также обнаружен целый кластер генов (Asm22-24, Asm43-45, Asm47), связанных с биосинтезом бактериоцинов – натуральных природных веществ с активностью, сравнимой с антибиотиками, но не накапливающихся в продукции животноводства.  Это обусловило высокую (до 100%) антимикробную активность Профорта в отношении таких патогенов, как  Fusobacterium necrophorum (спутника лактатного ацидоза), Staphylococcus aureus (возбудителя мастита), синегнойной палочки (Pseudomonas aeruginosa), Clostridium perfringensE. coli и др.

Не менее ценным свойством бактерий в составе Профорта, выявленном на молекулярном уровне, является способность образовывать витамины, например, биотин. Он играет важную роль во многих обменных процессах в организме. У коров нехватка биотина в первую очередь сказывается на состоянии копыт животного, вызывая различные заболевания, приводящие к хромоте, и даже выбраковке животного.

Интересно, что полученные результаты были подтверждены методом газожидкостной хроматомасс-спектрометрии. В культуральной жидкости штаммов бактерий (рис. 6) были обнаружены пропионовая, масляная кислоты и их производные, ацетоуксусная кислота, аминокислоты, витамины (например В2 и др.), активные пептиды (ферменты) и другие биологически активные вещества. Количество продуцируемых метаболитов было значительным. Так, например, Bacillus sp. способен продуцировать  26 мг/мл масляной кислоты.

888.png

Рис. 6. Обзорная хроматограмма метаболитов в культуральной жидкости Bacillus sp. в составе Профорта

Оказалось, что штаммы бактерий в составе Профорта обладают крайне высоким потенциалом в биодеградации токсичных соединений, что объясняет их активную способность разрушать микотоксины кормов.

На рисунке 7 представлены результаты опыта, проведенного в условиях in vitro, по установлению уровня истинной биодеструкции микотоксинов штаммами бактерий Bacillus sp., который определяли как разницу между биодеструкцией живыми бактериальными клетками и сорбцией инактивированными клетками. Видно, что штамм бактерий в составе пробиотика Профорт эффективно разрушает молекулы токсинов по сравнению с другими исследованными штаммами (под условными номерами 1, 2) того же вида, что подтверждает данные полногеномного секвенирования.

99.png

Рис. 7. Уровень биодеструкции микотоксинов in vitro штаммами Bacillus sp., % (данные НПК «БИОТРОФ»)

Интересно, что у штамма Bacillus sp. был выявлен целый набор специфических генов, благодаря которым он способен адаптироваться, выживать, эффективно увеличивать численность и вытеснять патогены в рубце. Выяснилось, что выстилать и колонизировать поверхность слизистой кишечника штамму позволяет способность формировать биопленки, устойчивые к агрессивным факторам внешней среды. Эта способность определяется выраженными свойствами к адгезии благодаря наличию различных поверхностных структур: жгутиков, пилей и белков наружной мембраны. После завершения адгезии бактерии начинают активно выделять экзополисахариды, заполняющие межклеточное пространство, что обеспечивает устойчивость к действию повреждающих физико-химических факторов. Штаммы бактерий, не обладающие подобными генами, могут быть выведены из организма транзитом.

Специалисты ферм подтвердили

Специалисты СПК Колхоз «Искра» Кировской области провели исследование на высокопродуктивных коровах, вводя в дополнение к основному рациону пробиотик Профорт в течение 80 дней с момента начала лактации.

Введение в рацион Профорта компенсировало негативный эффект, связанный с высококонцентратным кормлением, поскольку биопрепарат поддерживал оптимальный уровень рН рубца и состав рубцовой микробиоты, который был аналогичен животным на физиологичных рационах. Метаболиты бактерий Профорта способствовали форсификации метаболизма, в частности, ускорению темпов глюконеогенеза. Это имеет особенно актуальное значение для новотельных коров, поскольку резкий переход к высокоэнергетичному рациону в совокупности со значительным стрессом от отела и начала процесса лактации помещают их в группу самого высокого риска развития метаболических нарушений.  Эффект от использования биопрепарата выражался в улучшении зоотехнических показателей, в частности, в увеличении  надоя молока (табл. 2).

Таблица 2. Молочная продуктивность коров в период раздоя по месяцам лактации при применении добавки Профорт (n=20) (данные СПК Колхоз «Искра») 

Показатели

Период лактации (в числителе - показатели опытной группы, в знаменателе – контрольной)

1 месяц

2 месяц

3 месяц

Среднесуточный удой молока натуральной жирности, кг

30,17±0,81*

27,67±1,64

34,00±1,12

34,44±1,54

35,56±0,93*

32,39±1,22

Валовый надой молока натуральной жирности за первые 3 месяца лактации, кг

59838,00*

56700,00


·различия опытной группы с контролем в один и тот же период достоверны при *Р<0,05

Содержание жира в молоке коров опытной группы в первый месяц лактации превышало данный показатель контрольной группы в тот же период на 0,05%, во второй месяц разница составила 0,15%, в третий – 0,02%. Эффект был связан с восстановлением метаболического профиля ЛЖК в рубце, прежде всего, с нормализацией синтеза уксусной кислоты.

Это позволило специалистам фермы снизить себестоимость производства 1 кг молока на 2 руб. и повысить рентабельность производства на 18,01%.

Таблица 3. Производственно-экономические показатели применения добавки Профорт коровам в период раздоя (данные СПК Колхоз «Искра»)

Производственно-экономические показатели

Профорт

Контроль

Валовое производство молока в базисной жирности за первые три месяца лактации, кг

72785,08

62204,71

Цена реализации 1 кг молока в базисной жирности, руб.

23,00

 

Выручка от реализации молока в базисной жирности, руб.

1674056,84

1430708,33

Затраты на приобретение добавки Профорт, руб.

34560

-

Затраты на производство молока в базисной жирности, руб.

1092040,07

1057480,07

Прибыль от реализации молока в базисной жирности, руб.

582016,77

373228,26

Дополнительная прибыль за счет использования добавки, руб.

208788,51

-

Получено дополнительной прибыли на 1 руб.

дополнительных затрат, руб.

6,04

-

Себестоимость пр-ва 1 кг молока в базисной жирности, руб.

15,00

17,00

Рентабельность, %

53,30

35,29

Подводя итог, следует еще раз отметить, что метаболические нарушения у коров имеют далеко идущие последствия для здоровья, такие, как ламиниты, маститы, ухудшение репродуктивных функций. Без правильно функционирующего микробиома рубца молочное стадо открыто для всех видов дорогостоящих осложнений со здоровьем, приводящих к выбраковке. Предупредить метаболические нарушения (равно как и другие болезни), безусловно, проще, чем вылечить. Полученные в результате длительной селекции в направлении широкого круга свойств пробиотические микроорганизмы кормовой добавки Профорт продуцирует широкий спектр полезных метаболитов и обладают рядом важнейших свойств, таких, как способность образовывать биопленки и разрушать токсины кормов, что доказано на молекулярном уровне. Применение биопрепарата восстанавливает микробиом рубца, препятствует возникновению метаболических нарушений, что способствует увеличению срока хозяйственного использования. Нивелирование негативного эффекта, связанного с высококонцентратным кормлением, выражается в увеличении надоев и качества молока.

Йылдырым Елена Александровна

Лаптев Георгий Юрьевич

Ильина Лариса Александровна

Дубровин Андрей Валерьевич

Филиппова Валентина Анатольевна

Новикова Наталья Ивановна

Тюрина Дарья Георгиевна


На правах рекламы.

30.11.2020

Маркировка: вводить нельзя отложить

В информационном поле процесса внедрения маркировки “Честный знак” за прошлую неделю произошел ряд изменений. О деталях - в материале The DairyNews.
Рассвет-1, ООО (Саратовская обл)
Адрес:  Саратовская обл., Вольский район, с. Богатое, ул. Молодежная, д. 29-А 
 
Маркин А.Б., ГКФХ
Адрес:  Московская область, город Озёры, село Редькино 
 
Майа, СППК ММК
Адрес:  Саха /Якутия/ респ., Мегино-Кангаласский у, с. Майя, пер. Дорожников, д. 7 корп. 3 
 
Чернореченский, СППССОК
Адрес:  Хабаровский кр., Хабаровский район, с. Черная Речка, ул. Верхняя, д. 2Б литера А