В последние годы в НПК «БИОТРОФ» в связи со стремительным ростом научных знаний селекция перспективных штаммов основывается, прежде всего, на технических достижениях в области молекулярной биологии. Основой создания пробиотиков нового поколения является инновационный метод полногеномного секвенирования, разработанный учеными центра молекулярно генетических исследований. Это позволило получать самые высококачественные пробиотические композиции, превышающие по эффективности другие пробиотики. Благодаря использованию данного метода был разработан биопрепарат Профорт-Т, содержащий штаммы бактерий с уникальными по сравнению с аналогичными видами бактерий метаболическими возможностями, продуцирующие множество ценнейших биологически активных веществ. Поэтому препарат способен оказывать многостороннее действие как на микробиом, так и на организм хозяина, регулируя работу многих органов и систем. Комплексный метапробиотик АнтиКлос, объединяющий комбинацию пробиотических бактерий и среднецепочечных жирных кислот, отличается высоким уровнем антиклостридиальной активности и разнообразием других полезных свойств. Высокоактивные компоненты биопрепарата оказывают выраженное протекторное действие на пищеварительную систему, снижают воспалениение, повышают общую резистентность организма.

Ключевые слова: полногеномное секвенирование, кишечный микробиом, сельскохозяйственная птица, пробиотики, клостридиозы.

В пищеварительной системе животных и птиц присутствует множество разнообразных микроорганизмов. Учеными установлено, что в здоровом организме микробиом представляет сложную и сбалансированную симбиотическую микроэкосистему с нормальными метаболическими свойствами. Основной функцией нормофлоры является выработка ферментов (целлюлаз, протеаз и др.), необходимых для пищеварения, участие в обмене веществ, защита организма от патогенов и токсинов, синтез органических кислот и витаминов, формирование иммунитета и др.

Сверхважность применения пробиотиков

Помимо нормофлоры, в кишечнике животных и птиц присутствуют микроорганизмы, представляющие угрозу здоровью, их называют условно-патогенными (энтеробактерии, актиномицеты и др.) и патогенными (клостридии, ацинетобактерии, сальмонеллы, пастереллы и др.). В птицеводстве существует серьезная недооценка инфекционного потенциала кормов. Именно из-за высокой обсемененности кормов патогенные и условно-патогенные формы будут всегда присутствовать в здоровом организме. Пока микробиота кишечника и иммунитет в норме, то проблем с этими группами не возникает, их содержание находится на низком уровне, однако в случае снижения резистентности происходят нарушения микроэкологии кишечника – дисбиозы. Дисбиозы провоцируют такие стрессовые ситуации как погрешности в кормлении птиц, некачественные корма, ксенобиотики, смена рациона, вакцинации, скученность поголовья и пр.

На фоне дисбиозов у птиц наблюдаются иммунные расстройства организма, нарушается обмен веществ, в разы увеличивается подверженность вирусным инфекциям, нарушается пищеварение, что наносит удар по продуктивности и сроку хозяйственного использования. При снижении иммунитета патогенные и условно-патогенные бактерии активно колонизируют слизистую эпителия кишечника, вырабатывая разнообразные механизмы штурма и выживания в организме. Они начинают синтез ряда агрессивных ферментов и широкого спектра токсинов, которые являются факторами вирулентности. Скоординированное действие ферментов и токсинов вызывает изменения проницаемости мембран эпителиальных клеток кишечника, некроз и апоптоз (гибель клеток). Повреждения эпителия кишечника приводят к проникновению патогенов и продуктов их жизнедеятельности в кровоток. Возникшая септицемия может вызывать целый ряд серьезных заболеваний у птиц.

Давно известно, что селекция штаммов микроорганизмов для создания по-настоящему эффективных пробиотиков механизмов должна базироваться на выявлении бактерий с высоким уровнем антагонизма по отношению к патогенам, способностью стимулировать рост нормофлоры, синтезировать пищеварительные ферменты, аминокислоты и витамины, осуществлять биодеструкцию ксенобиотиков (микотоксинов, пестицидов). В последние годы благодаря широким научным разработкам была создана современная концепция, которая позволила выявить новые молекулярные механизмы действия полезных микроорганизмов на основе регуляции экспрессии (активности) генов организма хозяина.

Новая концепция легла в основу разработки в НПК «БИОТРОФ» многофункциональных пробиотиков, которые не только восстанавливают микробиом и подавляют патогены, но и повышают иммунитет, снижают активность генов апоптоза и воспаления, защищая целостность кишечника, улучшают состояние здоровья и увеличивают продуктивность хозяина.

Новое слово в разработке

Селекция штаммов с целью создания пробиотиков традиционно проводится путем использования классических методов микробиологии. В последние годы в НПК «БИОТРОФ» в связи со стремительным ростом научных знаний селекция перспективных штаммов основывается, прежде всего, на технических достижениях в области молекулярной биологии. Основой создания пробиотиков нового поколения является инновационный метод полногеномного секвенирования, разработанный учеными центра молекулярно-генетических исследований. Этот метод позволяет на молекулярном уровне оценить регуляторные свойства, механизмы действия и биологический потенциал штаммов. Самым важным аспектом является то, что метод дает возможность предсказать возможность взаимодействия штамма микроорганизма с хозяином, оценить уровень влияния на экспрессию генов и его метаболизм. Применение этого метода позволяет ученым НПК «БИОТРОФ» на этапе разработки биопрепарата выявлять штаммы с уникальными характеристиками, оценить весь спектр возможностей и конкурентоспособность пробиотических бактерий при попадании в кишечник хозяина. Этого не может предложить ни одна из компаний, занимающихся распространением пробиотиков в России.

На основе таких технологий в НПК «БИОТРОФ» был разработан ряд инновационных пробиотических препаратов, каждый из которых имеет масштабное научное досье, обосновывающее дифференцированное управление микробными представителями нормофлоры и другие полезные свойства.

Повысить продуктивность

В результате многолетней работы в компании «БИОТРОФ» появилась новинка – многокомпонентный пробиотик Профорт-Т на основе смеси штаммов микроорганизмов Bacillus sp. (видовая принадлежность не раскрывается, так как составляет коммерческую тайну). Благодаря использованию метода полногеномного секвенирования для разработки биопрепарата Профорт-Т удалось получить штаммы бактерий с уникальными метаболическими возможностями по сравнению с аналогичными видами бактерий. Около 30 % генома каждого штамма связано с пробиотической активностью, поэтому они гораздо активнее и производительнее других родственных штаммов.

Важной производственной характеристикой штаммов бацилл в составе биопрепарата Профорт-Т, по сравнению с лактобактериями и другими штаммами бацилл, является их усиленный уровень термостабильности и стопроцентная выживаемость при термической обработке кормов. Еще одним существенным преимуществом является то, что штаммы Bacillus sp. в составе пробиотика имеют повышенную выживаемость в агрессивной среде пищеварительной системы, а благодаря гидрофобности их споры эффективно «прилипают» к эпителию кишечника. Это позволяет выстилать и колонизировать поверхность слизистой кишечника. После завершения адгезии (прикрепления) бактерии начинают активно выделять экзополисахариды, заполняющие межклеточное пространство, что обеспечивает устойчивость к действию повреждающих физико-химических факторов, а также защищает эпителий.

Результаты многочисленных опытов, проведенных на птице, доказали безусловную эффективность применения биопрепарата, значительно превышающую эффективность других пробиотиков.

Так, применение пробиотика Профорт-Т на поголовье несушек на одной из крупных яичных птицефабрик способствовало увеличению яйценоскости на 8,7 % (рисунок 1). Средний расход корма на 1 голову в сутки за период опыта снизился на 7,9 %.

Применение пробиотика приводило к снижению таких проблем, связанных с пищеварением, как энтериты и загрязнение скорлупы яиц. Это достигалось несколькими путями: во-первых, происходило подавление патогенной микрофлоры благодаря синтезу сильнейших антимикробных факторов. Во-вторых, происходила непосредственная стимуляция роста нормофлоры и образование с ней симбиотических связей. В-третьих, в результате применения препарата увеличилось высвобождение питательных веществ корма, их перевариваемость и всасываемость, снижалась вязкость химуса и количество патогенов. Кроме того, пробиотик защищал кишечные эпителиальные клетки от повреждения, способствовал поддержанию кишечного гомеостаза.

Решение проблемы клостридиозов

Одна из наиболее значимых проблем птицеводства, которая приводит к разрушительным экономическим последствиям, – это некротические энтериты, вызываемые патогенными видами рода Clostridium, которые вспыхнули на многих птицефабриках европейских стран после запрета кормовых антибиотиков. В России Cl. perfringens, еще до вступления в силу аналогичного закона, уже диагностировался у 80 % стад, что связано с принятой в нашей стране масштабностью птицефабрик, значительной скученностью поголовья, сверхпродуктивностью, отсутствием профилактических вакцин.

Как известно, основными факторами вирулентности патогенных клостридий являются образуемые ими токсины. Однако отдельные попытки сорбции токсинов клостридий из просвета ЖКТ при помощи сорбентов слабо обоснованы с научной точки зре- ния. Это объясняется большим размером молекул клостридиальных токсинов – 60–300 кДа, что несо- поставимо с размерами пор сорбентов, по размеру и по структуре токсины клостридий во многом на- поминают ферменты. Для сравнения: трихотеценовые микотоксины (ДОН, Т-2), поддающиеся сорбции при помощи некоторых препаратов, имеют молекулярную массу менее 1 кДа.

Диагностика возбудителей клостридиозов затруднена, поскольку патогенные клостридии, включающие такие виды как Cl. perfringens, Cl. botulinum, Cl. difficile и ряд других, – это постоянные обитатели пищеварительной системы животных и птиц. Клостридии попадают в ЖКТ «вертикальный путем» – от родителей к потомству, а также из окружающей среды: из корма, фекалий, подстилки, воды и т. д. Однако любой фактор, который оказывает влияние на желудочно-кишечный тракт, будь то неблагоприятнный состав рациона или повреждение эпителия пищеварительной системы, вызванное кокцидиальными патогенами или микотоксинами кормов, является предрасполагающим риском для увеличения численности патогенных клостридий в кишечнике выше порогового уровня.

Дополнительной сложностью, затрудняющей диагностику, является то, что инфекция может проявляться не только как острое клиническое, но и как субклиническое заболевание. Острая форма заболевания проявляется яркой симптоматикой: так, например, у птиц отмечают депрессию, оперение становится взъерошенным, появляется диарея. Всплеск падежа бройлерного стада достигает показателей до 50 %. Однако клиническая форма достаточно легко диагностируется и встречается довольно редко. Мировые исследования показали, что наибольшие потери продуктивности (около 12 %) связаны с субклинической формой некротического энтерита. Скорее всего, экономическая значимость этого патогена недооценена, поскольку при доминировании субклинической формы масштабы потерь оценить очень трудно. Субклинический клостридиоз протекает скрыто, маскируясь под другие заболевания, кормовые и технологические нарушения. Так, в птицеводстве единственным наблюдаемым признаком является специфическая задержка роста цыплят в возрасте 2–3 недель. Как полагают, это связано с «окном» в антиклостридиальном иммунитете цыплят. Это «окно» «открывается», когда титры материнских антител уже снизились, а собственная иммунная система цыплят еще не достигла зрелости. Еще одним признаком может являться влажная подстилка, что вызывает увеличение случаев поражений подушечек стопы, скакательных суставов.

Здоровый профиль микробиоты пищеварительной системы и защищенный эпителий кишечника – это основные факторы, способные противостоять клостридиозам.

Новый метапробиотик АнтиКлос (НПК «БИОТРОФ»), разработанный на основе применения метода полногеномного секвенирования, – это биопрепарат, действие которого направлено прежде всего на профилактику клостридиозов животных и птиц. В его состав входят пробиотические бактерии, дополнительно обогащенные полезными бактериальными метаболитами (среднецепочечными органическими кислотами), которые благодаря синергетическому эффекту результативно модулируют состав микробиома пищеварительной системы (рисунок 2А).

Пробиотические бактерии в составе биопрепарата АнтиКлос обладают выраженным антагонизмом по отношению к клостридиям (рисунок 2Б) и колонизационной резистентностью благодаря свойствам адгезии (прикрепления) к клеткам кишечного эпителия. Эти свойства реализуются за счет комплекса механизмов: выделения антибактериальных веществ, включая бактериоцины, органические кислоты, экзоферменты, лизоцим, полисахариды и др. Благодаря широким метаболическим возможностям АнтиКлос обладает высоким уровнем антимикробной активности в отношении других кишечных патогенов, таких как Escherichia coli, Salmonella enteritidis, Fusobacterium necrophorum, Staphylococcus aureus, Pasteurella multocida и др.

Помимо мощного антимикробного эффекта, биопрепарат оказывает многостороннее действие на организм хозяина (рисунок 2А). Дело в том, что высокоактивные бактерии в составе биопрепарата синтезируют широкий спектр метаболитов, оказывающих протекторное действие на основные мишени клостридий. Они защищают клетки от повреждений, снижают уровень экспрессии (активности) генов апоптоза и воспаления. Бактерии в составе препарата являются слизеобразующими. Слизь служит дополнительным рубежом защиты эпителия кишечника от ферментов клостридий и способствует быстрому заживлению некротических поражений.

Жирные кислоты со средней цепью, входящие в состав препарата АнтиКлос, многофункциональны. Они обладают антимикробной активностью, а также могут окисляться в организме животных и птиц, являясь источником энергии, важной для клеток слизистой оболочки кишечника. Эти кислоты восстанавливают морфологию эпителия, нарушенную клостридиями, повышают усвояемость питательных веществ и минералов и активируют работу ферментов. Это приводит к увеличению усвояемости кормов и росту продуктивности.

В здоровом организме животных и птиц задачу противостояния клостридиям должен выполнять иммунитет. Между тем, антибиотики не только не повышают, но и снижают иммунитет, делая организм более беспомощным и не способным к самозащите. Использование метапробиотика АнтиКлос в рационе играет решающую роль в регуляции иммунитета.

Давно доказано, что кормовые факторы оказывают значительное влияние на клостридиозы. Рационы с высоким содержанием водорастворимых некрахмалистых полисахаридов способны связывать большое количество воды. Это вызывает увеличение вязкости химуса (содержимого) кишечника и влечет за собой снижение переваримости, а также скорости всасывания питательных веществ. Вязкость химуса кишечника замедляет скорость прохождения корма по пищеварительной системе. В результате ухудшается здоровье кишечника и нарушается баланс микробиоты, что способствует развитию патогенов, включая клостридий. По этой причине действие метапробиотика АнтиКлос против клостридий не ограничивается только антимикробными свойствами. Другой фактор, участвующий в подавлении клостридий, выражается в синтезе целлюлозолитических ферментов. Эти ферменты участвуют в переваривании клетчатки в желудочно-кишечном тракте и оптимизации процесса усвоения питательных веществ, что обеспечивает профилактику повышения вязкости химуса. Ферменты, продуцируемые пробиотическими бактериями, – это один из самых эффективных способов доставки их в кишечник, а, значит, наиболее эффективный метод преодоления негативного воздействия вязкости химуса на здоровье животных и птиц. Ферментные комплексы штамма бактерии в составе метапробиотика АнтиКлос, в отличие от чистых единичных ферментов, воздействуют на различные компоненты структурной клетчатки корма (целлюлозу, гемицеллюлозу и пр.), причем как растворимые, так и нерастворимые.

Таким образом, с одной стороны, АнтиКлос подавляет патогенную микрофлору, прежде всего, клостридии, с другой стороны, стимулирует увеличение продуктивности подобно кормовым антибиотикам. В отличие от антибиотиков, этот препарат не создает дополнительную нагрузку на ослабленный иммунитет.

В последние годы в НПК «БИОТРОФ» для селекции перспективных штаммов бактерий разработан и активно применяется метод полногеномного секвенирования, что позволило создавать самые высококачественные пробиотические композиции. Благодаря использованию данного метода был создан биопрепарат Профорт-Т, содержащий штаммы бактерий с уникальными метаболическими возможностями по сравнению с аналогичными видами бактерий, продуцирующий множество ценнейших биологически активных веществ. Поэтому препарат способен оказывать многостороннее действие как на микробиом, так и на организм хозяина, регулируя работу многих органов и систем. Комплексный метапробиотик АнтиКлос, объединяющий комбинацию пробиотических бактерий и среднецепочечных жирных кислот, отличается высоким уровнем антиклостридиальной активности и разнообразием других полезных свойств. Высокоактивные компоненты биопрепарата оказывают выраженное протекторное действие на пищеварительную систему, снижают воспаление, повышают общую резистентность организма.

Авторы:

АНДРЕЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ ДУБРОВИН, к. в. н.,
ЕЛЕНА ГЕРМАНОВНА ДУБРОВИНА, специалист по кормлению с/х животных, биотехнолог,
ЛАРИСА АЛЕКСАНДРОВНА ИЛЬИНА, к. б. н., начальник молекулярно-генетической лаборатории,
ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА ЙЫЛДЫРЫМ, д. б. н., главный биотехнолог, КСЕНИЯ АНДРЕЕВНА КАЛИТКИНА, биотехнолог,
ГЕОРГИЙ ЮРЬЕВИЧ ЛАПТЕВ, д. б. н., директор, ВЕРОНИКА ХРИСТОФОРОВНА МЕЛИКИДИ, биотехнолог,
НАТАЛЬЯ ИВАНОВНА НОВИКОВА, к. б. н., заместитель директора,
ДМИТРИЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ СОБОЛЕВ, к. б. н., специалист по птицеводству,
ДАРЬЯ ГЕОРГИЕВНА ТЮРИНА, к. э. н., заместитель директора по финансам,
ВАЛЕНТИНА АНАТОЛЬЕВНА ФИЛИППОВА, биотехнолог.
ООО «БИОТРОФ», г. Санкт-Петербург, г. Колпино