doi: 10.15389/agrobiology.2021.2.400rus
УДК 636.52/58:579.6:51-76
Исследование выполнено на базе ФНЦ «ВНИТИП» РАН при поддержке гранта РНФ для реализации научного проекта 16-16-04089-П «Изучение физиологических и микробиологических особенностей пищеварения кур мясных пород в эмбриональный и постэмбриональный периоды для создания новых технологий кормления, обеспечивающих максимально полную реализацию генетического потенциала птицы».
БИОСИСТЕМНАЯ САМООРГАНИЗАЦИЯ И ФРАКТАЛЬНАЯ
СТРУКТУРА ЧАСТОТНО-ТАКСОНОМИЧЕСКИХ ПРОФИЛЕЙ
МИКРОБИОТЫ КИШЕЧНИКА БРОЙЛЕРОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ
КОРМОВЫХ ПРОБИОТИКОВ
Н.И. ВОРОБЬЕВ1 ✉, И.А. ЕГОРОВ2, И.И. КОЧИШ3, И.Н. НИКОНОВ3,
Т.Н. ЛЕНКОВА2
В статье приводятся теоретические и эмпирические данные о влиянии пробиотиков на биоконсолидацию микробиоты кишечника бройлеров кросса Смена. Результаты таких исследований могут быть использованы для повышения качества и объемов мясной продукции при крупномасштабном производстве. Пробиотики использовались для улучшения усвояемости кормов и ускорения развития птицы. Для стимуляции процессов трансформации растительных субстратов в кишечнике птиц вместо антибиотиков применяли пробиотики. Пробиотики содержали бактерии Lactobacillus plantarum и Lactobacillus fermentum. Цель исследования заключалась в разработке методики фрактального анализа частотно-таксономических профилей оперативно-таксономических единиц (ОТЕ) микробиоты кишечника у птиц. С использованием фрактальной методики вычислялся индекс биоконсолидации кишечной микробиты, который характеризует биосистемную самоорганизацию микрофлоры и эффективность биохимических преобразований растительных субстратов в кишечнике птицы. В опыте исследовалась микрофлора у одной контрольной и двух опытных групп птицы. Профили ОТЕ были получены молекулярно-генетическим методом NGS (Next Generation Sequencing). Понятие элементарного фрактала ОТЕ было принято в качестве ключевого для фрактального анализа профилей ОТЕ. Элементарный фрактал ОТЕ — это три ОТЕ, частоты которых образуют геометрическую числовую последовательность, например {0,5; 0,25; 0,125}. Профили ОТЕ могут содержать несколько элементарных фракталов ОТЕ, объединенных в один более крупный мегафрактал ОТЕ. Мы предполагаем, что если увеличивается число ОТЕ, объединенных в мегафрактал ОТЕ, то эффективнее и в больших масштабах осуществляются биохимические преобразования растительного субстрата и макроорганизм получает больше питательных веществ. Поэтому индекс биоконсолидации микробиоты бройлеров мы определяем, как отношение числа ОТЕ в составе мегафрактала ОТЕ к общему числу ОТЕ в профилях ОТЕ. Для выделения элементарных фракталов ОТЕ использовались фрактальные портреты профилей ОТЕ. Идентификация элементарных ОТЕ фракталов осуществлялась по линейному расположению трех изображений ОТЕ на фрактальных портретах. Фрактальный анализ подтвердил, что бактериальные пробиотики увеличивают биоконсолидацию микробиоты в кишечнике птиц. Индекс биоконсолидации микробиоты у птиц из опытных групп (0,82…0,86) был выше, чем у контрольной группы (0,55). По результатам фрактального анализа не рекомендован к применению пробиотик № 1 (с Lactobacillus plantarum) и рекомендован к применению пробиотик № 2 (с Lactobacillus fermentum).
Ключевые слова: частотно-таксономический профиль, фрактальный портрет, микробиота кишечника, индекс биосистемной консолидации микробиоты, бройлеры, кормовые пробиотики, Lactobacillus.
N.I. Vorobyov1 ✉, I.A. Egorov2, I.I. Kochish3, I.N. Nikonov3, T.N. Lenkova2
The article provides theoretical and empirical data about the probiotic effect on the microbiota bioconsolidation in the broiler intestines of the Smena cross. The results of such studies can be used to improve the quality and volume of meat products in large-scale production. The probiotics have been used to improve feed digestibility and accelerate bird development. To stimulate the transformation of plant substrates in the bird intestines, probiotics were used instead of antibiotics. The probiotics contained the bacteria Lactobacillus plantarum and Lactobacillus fermentum. The study goal is to develop a methodology for fractal analysis of the frequency-taxonomic profiles of operational taxonomic units (OTUs) of the microbiota into the bird intestines. Using the fractal methodology, the index of microbiom bioconsolidation of the bird intestines was calculated, which characterizes the biosystem self-organization of microflora and the efficiency of biochemical transformations of plant substrates in the bird intestines. In the experiment, the microflora was studied in one control and two experimental groups of birds. The OTUs profiles were obtained by the molecular genetic NGS method (Next Generation Sequencing). The key concept of fractal analysis of OTUs profiles was the concept of the elementary OTU fractal. The elementary OTU fractal is three OTUs, the frequencies of which form a geometric numerical sequence (for example, {0.5; 0.25; 0.125}). The OTU profiles may contain several elementary OTU fractals combined into one larger OTU megafractal. We assume that if the number of OTUs combined into the OTU megafractal increases, then biochemical transformations of plant substrate are carried out more efficiently and on a large scale, and the bird macroorganism receives more nutrients. Therefore, we define the bioconsolidation index of the broiler microbiome as the ratio of the number of OTUs in the OTU megafractal to the total number of OTUs in the OTU profiles. The fractal portraits of OTU profiles were used to identify elementary OTU fractals. The elementary OTU fractals were identified by the linear arrangement of three OTU images on fractal portrait. The fractal analysis confirmed that the bacterial probiotics increase the microbiom bioconsolidation in the bird intestines. The microbiome bioconsolidation index in the experimental groups of birds (0.82...0.86) was higher than this index in the control group of birds (0.55). According to the results of fractal analysis, probiotic No. 1 (with Lactobacillus plantarum) is not recommended for use, and probiotic No. 2 (with Lactobacillus fermentum) is recommended for use.
Keywords: frequency-taxonomic profile, fractal portrait, intestinal microbiota, biosystem consolidation index, broilers, dietary probiotics, Lactobacillus.
1ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной |
Поступила в редакцию |
