БИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
БИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ
ПЕЧАТНАЯ ВЕРСИЯ
ЭЛЕКТРОННАЯ ВЕРСИЯ
 
КАК ПОДАТЬ РУКОПИСЬ
 
КАРТА САЙТА
НА ГЛАВНУЮ

 

 

 

 

doi: 10.15389/agrobiology.2022.4.743rus

УДК 636.52/.58:616-099:636.087.7:579

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ 20-76-10003.

 

СОСТАВ И МЕТАБОЛИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ МИКРОБИОМА КИШЕЧНИКА БРОЙЛЕРОВ Gallus gallus L. ПОД ВЛИЯНИЕМ КОРМОВЫХ ДОБАВОК ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ Т-2 ТОКСИКОЗЕ

Е.А. ЙЫЛДЫРЫМ1, 2 , А.А. ГРОЗИНА3, В.Г. ВЕРТИПРАХОВ3,
Л.А. ИЛЬИНА1, 2,
В.А. ФИЛИППОВА1, 2, Г.Ю. ЛАПТЕВ1, 2,
Е.С. ПОНОМАРЕВА1, А.В. ДУБРОВИН1, К.А. КАЛИТКИНА1, 2,
В.В. МОЛОТКОВ1, Д.А. АХМАТЧИН1, Е.А. БРАЖНИК1,
Н.И. НОВИКОВА1, Д.Г. ТЮРИНА1

Микотоксины негативно влияют на состав и функции кишечной микробиоты у сельскохозяйственной птицы и, как следствие, на ее здоровье. Одной из стратегий восстановления микробиома и борьбы с микотоксикозами стало введение добавок в загрязненные корма. В настоящей работе впервые показано, что кормовая добавка Заслон 2+ эффективно улучшает структуру и метаболический потенциал кишечного микробиома у цыплят-бройлеров при экспериментальном Т-2 микотоксикозе. Нашей целью было выявление изменений микробиоты химуса и ее функциональная аннотация после 14-суточного воздействия Т-2 токсина, искусственно внесенного с кормами, и под влиянием кормовой добавки Заслон 2+, применяемой отдельно и в сочетании с протеолитическим препаратом Axtra Pro на фоне экспериментального микотоксикоза. Опыты проводили в 2021 году в виварии Всероссийского научно-исследовательского и технологического института птицеводства на цыплятах-бройлерах кросса Смена 8 (с 33- до 47-суточного возраста). Корм контаминировали Т-2 токсином механическим способом. Птицу разделили на четыре группы по 5 гол. в каждой: I группа (контроль) получала основной рацион (ОР) без введения Т-2 токсина, II группа — ОР с добавлением Т-2 токсина (200 мкг/кг, 2-кратное превышение ПДК), III — ОР с добавлением Т-2 токсина (200 мкг/кг) и кормовую добавку Заслон 2+, состоящую из сорбирующего материала диатомита, двух культур бактерий Bacillus spp., смеси натуральных эфирных масел эвкалипта, чабреца, чеснока и лимона (ООО «БИОТРОФ», Россия) (1 г/кг корма), IV — ОР с добавлением Т-2 токсина (200 мкг/кг), кормовую добавку Заслон 2+ (1 г/кг корма) и ферментный препарат с протеолитической активностью Axtra Pro («DuPont de Nemours, Inc.», США) (100 мг/кг корма). Потребление корма бройлерами составляло в среднем 150 г/сут, то есть птицы опытных групп ежесуточно получали Т-2 токсин с кормом в количестве 30 мкг. В конце эксперимента проводили отбор проб химуса слепых отростков кишечника от трех птиц из каждой группы. Тотальную ДНК из исследуемых образцов выделяли с использованием набора «Genomic DNA Purification Kit» («Fermentas, Inc.», Литва). Бактериальное сообщество слепой кишки оценивали методом NGS-секвенирования на платформе MiSeq («Illumina, Inc.», США) с применением праймеров для V3-V4 региона гена 16S рРНК. Биоинформатический анализ данных выполняли с помощью программного обеспечения QIIME2 ver. 2020.8 (https://docs.qiime2.org/2020.8/). Реконструкцию и прогнозирование функционального содержания метагенома, семейств генов, ферментов осуществляли при помощи программного комплекса PICRUSt2 (v.2.3.0) (https://github.com/picrust/picrust2). Для анализа метаболических путей и ферментов пользовались базой данных MetaCyc (https://metacyc.org/). При проведении NGS-секвенирования микробиома было показано, что в кишечнике у бройлеров из II группы происходили сдвиги в биоразнообразии и составе микробиома уже на уровне филумов: обилие бактерий суперфилума Actinobacteriota и филума Proteobacteria возрастало соответственно в 1,8 и 3,5 раза (р ≤ 0,05), суперфилума Desulfobacterota — напротив, снижалось в 2,2 раза (р ≤ 0,05). У птицы из IV группы с введением в рацион комплекса, включающего кормовую добавку Заслон 2+ и фермент, количество бактерий суперфилума Actinobacteriota и филума Proteobacteria также возрастало по сравнению с I группой (р ≤ 0,05), тогда как в III группе подобных изменений не отмечали. Представители суперфилума Verrucomicrobiota полностью исчезали во II и IV группах, но в I группе присутствовали в значительном количестве — 14,1±0,8 %. У птицы из III группы по сравнению с I группой повышалась численность бактерий рода Lactobacillus (с 15,9±1,32 до 30,7±1,84 %, p ≤ 0,01). Доля микроорганизмов рода Akkermansia, которые были представлены единственным видом A. muciniphila, резко уменьшалась (p ≤ 0,001) во всех группах, получавших Т-2 токсин, вплоть до полного отсутствия во II и IV группах. При загрязнении корма Т-2 токсином во II группе появлялись отсутствовавшие в контроле патогенные микроорганизмы — Enterococcus cecorum, Campylobacter concisus, Campylobacter gracilis, Streptococcus gordonii, Flavonifractor spp. В III и IV группах эти патогены либо отсутствовали, либо были представлены в значительно меньшем количестве, чем во II группе (р ≤ 0,05). Функциональная аннотация микробных сообществ показала, что экспериментальные группы различались (р ≤ 0,05) по 163 прогнозируемым метаболическим путям. При воздействии Т-2 токсина отмечалось усиление (p ≤ 0,05) метаболических путей деградации ароматических соединений (включая ксенобиотики) и аминокислот, а также синтеза коферментов и кофакторов, образования биопленок, клеточных стенок, спор и протекторных веществ в клетках. Применение кормовой добавки Заслон 2+ способствовало модуляции функционального потенциала кишечной микробиоты до уровня контрольной группы, при сочетании кормовой добавки и протеазы положительного эффекта не отмечали. Таким образом, загрязнение корма Т-2 токсином негативно воздействует на состав и прогнозируемый метаболический потенциал микробиома химуса у цыплят-бройлеров кросса Смена 8. Влияние кормовой добавки Заслон 2+ и ее комплекса с ферментом на состав и функций микробиома в целом было позитивным, но без фермента разработанная кормовая добавка показала большую эффективность.

Ключевые слова: микотоксины, Т-2 токсин, бройлеры, микробиом кишечника, экспрессия генов, сельскохозяйственная птица.

 

 

COMPOSITION AND METABOLIC POTENTIAL OF THE INTESTINAL MICROBIOME OF Gallus gallus L. BROILERS UNDER EXPERIMENTAL T-2 TOXICOSIS AS INFLUENCED BY FEED ADDITIVES

E.A. Yildirim1, 2, A.A. Grozina3, V.G. Vertiprakhov3, L.A. Ilina1, 2,
V.A. Filippova1, 2, G.Y. Laptev1, 2, E.S. Ponomareva1, A.V. Dubrovin1,
K.A. Kalitkina1,2, V.V. Molotkov1, D.A. Ahmatchin1, E.A. Brazhnik1,
N.I. Novikova1, D.G. Tyurina1

Mycotoxins can adversely affect the composition and function of the poultry gut microbiota, with implications for host health. The introduction of feed additives into contaminated feed is a strategy for restoring the intestinal microbiome under mycotoxicoses. This paper shows for the first time that the feed additive Zaslon 2+ effectively improves the structure and metabolic potential of the intestinal microbiome in broiler chickens with experimental T-2 mycotoxicosis. Our goal was to identify changes in the chyme microbiota and its functional annotation after 14-day exposure to T-2 toxin, artificially introduced with feed, and under the influence of the feed additive Zaslon 2+, fed alone and in combination with the proteolytic drug Axtra Pro. The experiments were carried out in the vivarium of the Federal Scientific Center ARRTPI RAS in 2021. Broiler chickens of the Smena 8 cross aged 33 days were assigned into four groups of 5 birds each. Control group I received a basal diet (BD) without T-2 toxin, group II was fed with BD added with T-2 toxin (200 µg/kg) (BD + T-2), group III — BD + T-2 + additive Zaslon 2+ (1 g/kg feed) (BIOTROF Ltd, Russia), group IV — BD + T-2 + additive Zaslon 2+ added with proteolytic preparation Axtra Pro (DuPont de Nemours, Inc., USA) (100 mg/kg feed). Zaslon 2+ contains diatomite, two Bacillus strains, and a mixture of natural essential oils (eucalyptus, thyme, garlic, and lemon). Feed intake averaged 150 g/day, i.e. the birds of the experimental groups received 30 µg T-2 toxin daily. At the end of the experiment, the caecum content was sampled from three broilers of each group. Total DNA was isolated from the samples using the Genomic DNA Purification Kit (Fermentas, Inc., Lithuania). The caecal bacterial community was assessed by NGS sequencing on the MiSeq platform (Illumina, Inc., USA) using primers for the V3-V4 region of the 16S rRNA gene. Bioinformatic data analysis was performed using QIIME2 ver. 2020.8 (https://docs.qiime2.org/2020.8/). The reconstruction and prediction of the functional content of the metagenome, gene families, and enzymes was carried out using the PICRUSt2 (v.2.3.0) software package (https://github.com/picrust/picrust2). MetaCyc base data (https://metacyc.org/) was used to analyze metabolic pathways and enzymes. NGS-sequencing revealed changes in biodiversity and composition of the gut microbiota at the level of phyla. I.e., in group II, the population of superphylum Actinobacteriota and phylum Proteobacteria increased 1.8 and 3.5 times, respectively (p ≤ 0.05) while the superphylum Desulfobacterota, on the contrary, decreased 2.2 times (p ≤ 0.05). In group IV (BD + T-2 supplemented with Zaslon 2+ and Axtra Pro), the abundance of superphylum Actinobacteriota and phylum Proteobacteria also increased compared to group I (p ≤ 0.05), while in group III (BD + T-2 supplemented with Zaslon 2+) no change occured. The members of superphylum Verrucomicrobiota completely disappeared in groups II and IV, while in group I they accounted for 14.1±0.8 %. In group III compared to group I, bacteria of the genus Lactobacillus increased (p ≤ 0.01) from 15.9±1.32 to 30.7±1.84 %. The genus Akkermansia represented by the only species A. muciniphila sharply decreased in all groups fed T-2 toxin (groups II, III, and IV) as compared to group I (p ≤ 0.001), up to a complete absence in groups II and IV. Pathogenic microorganisms which were absent in group I (Enterococcus cecorum, Campylobacter concisus, Campylobacter gracilis, Streptococcus gordonii, Flavonifractor spp.) appeared in group II. In groups III and IV, these pathogens were either absent or were present in a significantly smaller amount than in group II (p ≤ 0.05). Gut microbial community showed differences between groups (p ≤ 0.05) in 163 predicted metabolic pathways. When exposed to T-2 toxin (group II compared to group I, p ≤ 0.05), there was an increase in the predicted metabolic pathways for the degradation of aromatic compounds, including xenobiotics, and amino acids and for the synthesis of coenzymes, cofactors and formation of biofilms, cell walls, spores and protective substances in cells. The feed additive Zaslon 2+ contributed to the adjustment of metabolic pathways to the level of group I. The combined use of the feed additive Zaslon 2+ and protease (group IV) had no positive effect on the potential of metabolic pathways. Thus, feed contamination with T-2 toxin has a negative impact on the composition and predicted metabolic potential of the gut microbiome of Smena 8 cross broiler chickens. In general, the effect of the feed additive Zaslon 2+ and its complex with protease was positive though the additive without the enzyme showed greater efficiency.

Keywords: mycotoxins, T-2 toxin, broilers, gut microbiome, gene expression, poultry.

 

1ООО «БИОТРОФ+»,
192284 Россия, г. Санкт-Петербург, Загребский б-р, 19, корп. 1,
e-mail: deniz@biotrof.ru ✉, ilina@biotrof.ru, filippova@biotrof.ru, laptev@biotrof.ru, kate@biotrof.ru, dubrovin@biotrof.ru,
kseniya.k.a@biotrof.ru, molotkov@biotrof.ru, da@biotrof.ru, bea@biotrof.ru, novikova@biotrof.ru, tiurina@biotrof.ru;
2ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский государственный аграрный университет,
196601 Россия, г. Санкт-Петербург, Петербургское ш., 2, лит. А;
3ФНЦ Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт птицеводства РАН,
141311 Россия, Московская обл., г. Сергиев Посад,
ул. Птицеградская, 10,
e-mail: alena_fisinina@mail.ru, vertiprakhov63@mail.ru

Поступила в редакцию
28 февраля 2022 года

 

назад в начало

 


СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Полный текст PDF

Полный текст HTML