Культивирование полезных бактерий в микробиоме для защиты здоровья свиней
Ученые сельскохозяйственной экспериментальной станции Арканзаса разработали методы культивирования бактерий для выделения различных бактерий из свиней. Эти методы могут быть использованы для культивирования полезных бактерий в кишечнике свиней или кишечных микробиомах, которые могут служить пробиотиками для защиты или улучшения здоровья свиней.
Руководствуясь этими методами, исследователи выделили три бактериальных штамма, которые положительно коррелировали с показателями роста свиней, сказал Цзянчао Чжао, доцент кафедры животноводства Сельскохозяйственной экспериментальной станции, исследовательского подразделения U of A System Отдела сельского хозяйства. Эти штаммы были превращены в пробиотики.
"Пробиотики улучшают здоровье и производительность свиней, приносят пользу животным и сельскому хозяйству и помогают накормить мир", - сказал Чжао.
Методы культивирования бактерий были опубликованы в научной статье "Комплексное культивирование микробиома кишечника свиней выявляет высокое бактериальное разнообразие и способствует выделению бактерий у свиней", опубликованной в июле в mSystems, журнале Американского общества микробиологии.
По словам Чжао, пробиотики могут снизить зависимость от антибиотиков для защиты здоровья животных. "Значительный прогресс в изучении микробиома кишечника свиней и анализ больших данных выявили множество потенциальных пробиотиков, которые положительно коррелируют с показателями роста", - сказал он. "Однако мы не можем называть их пробиотиками, пока не сможем их культивировать и не докажем их полезное действие.
"Мы разработали дорожную карту для культивирования огромного разнообразия бактерий, включая эти потенциальные пробиотики, у свиней", - сказал Чжао. "Это первый шаг к разработке новых пробиотиков следующего поколения, которые улучшают здоровье и показатели роста свиней".
"Это открытие университета и команды доктора Чжао является инновационным прорывом в области питания животных", - сказал Майк Гаусс, президент Kent Nutrition Group со штаб-квартирой в Маскатине, штат Айова. "Сегодня, как никогда, производители свинины по всему миру нуждаются в альтернативных решениях в области питания для повышения эффективности, прибыльности и устойчивости. Kent Nutrition Group чрезвычайно гордится и стремится теперь засучить рукава и сделать это усовершенствованное средство для производства пробиотиков для свиней коммерчески доступным по всему миру ".
Как добраться
По словам Чжао, разработка полезного пробиотика для свиней начинается с выявления популяций бактерий, обитающих в кишечном тракте свиньи, называемых кишечным микробиомом. Исследования микробиома кишечника свиней были в центре внимания многих исследовательских проектов, потому что свиньи служат отличными биомедицинскими моделями заболеваний человека и потому, что они являются важным источником диетического белка. Но тщательное и всеобъемлющее исследование микробной среды в кишечнике свиней не проводилось.
Сяофан Ван, научный сотрудник лаборатории Чжао, работающий в аспирантуре, начал всестороннее исследование микробиома кишечника свиней, направленное на улучшение здоровья свиней. Исследовательская группа Чжао собрала образцы фекалий у свиней в научно-исследовательском и учебном центре для свиней экспериментальной станции и подвергла их секвенированию ДНК следующего поколения. Также известный как высокопроизводительное секвенирование, это научный метод, который позволяет исследователям быстро секвенировать ДНК для большого количества образцов организма.
Их исследование привело к очень подробному описанию бактериальной среды свиных кишок, и они обнаружили, что там гораздо больше бактерий, чем было известно ранее. "Мы выявили ранее не обнаруженные бактерии", - сказал Чжао.
Они также выявили многие основные виды бактерий, которые необходимы для здоровья свиней с рождения и на протяжении всей жизни животных.
"Некоторые из них, вероятно, передаются от свиноматки свиньям", - сказал Чжао. "Некоторые из них поступают из окружающей среды, а некоторые, вероятно, из рациона". Он сказал, что продолжаются исследования, чтобы обнаружить источники сотен этих бактерий.
"Микробиом кишечника свиней очень сложен", - сказал Чжао. "Существует бесчисленное множество взаимодействий бактерий с животным-хозяином, друг с другом и с окружающей средой".
Следующим шагом было выяснить, какие бактерии полезны для здоровья, а какие потенциально вызывают заболевания. Отдельные виды микробиоты необходимо было разделить и размножить, а затем скормить свиньям, чтобы определить, какие из них полезны, а какие могут вызвать у них заболевание. И для этого не было дорожной карты.
"Мало что было известно о том, как культивировать микробиоту кишечника свиней", - сказал Чжао. Его исследовательской группе пришлось разработать новые методики выделения отдельных бактерий и их культивирования.
"Выращивать бактерии вне свиньи сложно", - сказал Чжао. "Нам пришлось воспроизвести среду свиного кишечника".
Для достижения этой цели исследователи использовали 53 метода культивирования бактерий с использованием различных комбинаций питательных сред и газов. Их объектами были три свиньи с четырех разных стадий роста. Результатом работы стали успешные методы культивирования, которые иногда давали удивительные результаты.
"Мы потратили много времени, денег и усилий, делая это для свиней", - сказал Чжао. "Мы одна из немногих лабораторий, занимающихся этим. Нам удалось культивировать значительное количество бактерий из кишечника свиней.
"Используя обширное культивирование, мы обнаружили еще больше ранее не обнаруженных бактерий, даже помимо новых видов, которые мы обнаружили с помощью секвенирования следующего поколения", - сказал он.
Их целью было соотнести конкретные бактерии с эффективностью кормления — или насколько хорошо свиньи превращают пищу в мышцы. "Мы хотели определить, какие из них были хорошими, а какие - плохими", - сказал Чжао.
Следующие шаги
Их опубликованная статья о культивировании стала руководством, которое может помочь другим исследователям в проведении исследований культуры микробиома свиней.
Многочисленные компании, исследовательские институты и научные организации пригласили Чжао рассказать об этом исследовании и его результатах.
"Люди в этой области очень рады увидеть это исследование", - сказал Чжао. "Они хотят эту дорожную карту, чтобы им не приходилось воссоздавать результаты исследований для своих собственных исследований. Они могут выращивать у свиней интересующие их виды бактерий, чтобы проверить их функции, используя наши методы ".
По словам Чжао, когда группа Чжао скармливала свиньям три штамма бактерий, которые они выделили с помощью новых методов культивирования, они значительно улучшили здоровье свиней и эффективность корма.
Их культивировали, чтобы увеличить количество каждой бактерии для получения трех пробиотиков - живых бактерий, полезных для животных-хозяев. Отдел сельского хозяйства запатентовал технологию их производства, разработанную Чжао.
