Несколько компонентов гриба Aspergillus oryzae (А.О.), в частности полисахариды клеточной стенки и вторичные метаболиты, биологически активные и приносят пользу здоровью хозяина, который их употребляет. Предыдущие исследования показали, что добавка на основе А.О. снижает температуру тела и повышает продуктивность животных в состоянии теплового стресса. Кроме того, добавление в рацион КРС биологически активных соединений грибкового происхождения снижает обусловлено жарой воспаление и улучшает здоровье печени и кишечника. Учитывая это, ученые предположили, что пероральный прием постбиотика А.О. может быть эффективным в борьбе с последствиями теплового стресса и поддержке клеточного гомеостаза.

Чтобы проверить гипотезу, ученые провели два независимых опыты. Сначала изучили действие постбиотика на термическую переносимость ектотермичного организма (дрозофила фруктовая — D. melanogaster) с конечной целью выявить фенотипные адаптации и связанные с ними молекулярные изменения. Во втором эксперименте они имели целью расширить результаты модели дрозофил, оценив эффективность постбиотика в адаптации дойных коров (эндотермические животные) к жаре с акцентом на аутоиммунных процессах.

Условия эксперимента

В опыте приняли участие 43 полнолетние коровы и 5 первенцов голштинской породы, которых держали в коровнике беспривязно в течение июня-июля 2018 года. Для увлажнения животных использовали двухъярусные спринклеры и вентиляторы для увеличения потока воздуха и испарение влаги с поверхности кожи. Сначала коров разделили на 4 группы в зависимости от дней доения (105 ± 27), надоев (44,0 ± 1,9 кг/сутки) и количества отелов (2,5 ± 0,13), а затем — по 12 коров на способ кормления.

Относительно способов кормления, то они включали потребления основного рациона (контрольная группа — без А.О.) и рационов с добавкой А.О. дважды в день по 3, 6 или 18 г на корову в течение 26 дней. Известно, что 3 и 6 г/ сут экстракта Aspergillus oryzae положительно влияют на продуктивность коров. В опыт также включили 18 г/сутки А.О. для проверки потенциального эффекта от повышения дозы на молочную продуктивность коров. Постбиотиком посыпали корм во время каждого кормления в каждую кормушку.

Постбиотик не был защищенным от расщепления в рубце продуктом. Его получили в результате контролируемой ферментации Aspergillus oryzae и постферментацийной обработки (Biozyme Inc., Сент-Джозеф, штат Миссури, США). Согласно рекомендациям производителя, коровы потребляли соответствующую дозу А.О. за десять дней до начала исследования. Добавку давали каждой корове в 7.00 и 17.00 (электронная система кормления), а остатки корма составляли 8−10%. Коровы доились в зале типа «елочка» 2×8 в 7.00 и 18.00. В нулевой и 26-й день исследования массу тела и балл упитанности (по 5-балльной шкале) оценивал один человек и регистрировала после доения в 7.00.

Что выяснили?

Постбиотик А.О. влияет на физиологические реакции молочных коров в условиях теплового стресса. Молочных коров содержали при температуре и относительной влажности окружающей среды, характерных для хозяйств на юго-востоке США летом. Ученые мониторили температуру и относительную влажность, чтобы оценить температурно-влажностный индекс (ТВИ) и описать условия окружающей среды в течение исследования.

Показатели ТВИ варьировались от 71,6 до 77,7 между 22.00 и 9.00 (ночью) и от 75,4 до 83,3 между 9.00 и 22.00 (днем). Это указывает на то, что коровы испытывали перегрев от умеренного до максимального. Во время каждого кормления постбиотик А.О. добавляли коровам индивидуально в количестве, ожидаемо было снизить негативное влияние теплового стресса на продуктивность животных 3 и 6 г/день.

Целью увеличения дозы до 18 г/день было проверить потенциально положительное воздействие на производительность большего количества добавки. Контрольная группа коров получала тот же рацион, но без добавки. Оценка средних, минимальных и максимальных вагинальных температур тела последних пяти дней опыта показала, что добавка не повлияла на эти переменные (см. табл. 1).

Однако разница между максимальной и минимальной влагалищной температурой увеличивалась с увеличением количества А. О. Ректальная температура при кормлении разным количеством добавки не менялась, но частота дыхания имела тенденцию к снижению во второй половине дня. Во время теплового стресса коровы через дыхательную систему пытаются рассеять тепло тела. Как свидетельствуют данные, постбиотик A.O. не повлиял на ректальную температуру животных.

У коров, которые потребляли постбиотик, наблюдали снижение системного воспаления. Поскольку тепловой стресс вызывает системное воспаление и воспаление кишечника в молочных коров, энтеральная защита от тепловой нагрузки может быть механическим компонентом толерогенних фенотипов, сформированных постбиотиком A.O. Для изучения этой гипотезы ученые оценили циркулирующие маркеры воспаления во 2-й и 26-й день исследования, чтобы описать мгновенный и кумулятивный эффект A.O. при 3 и 6 г добавки в сутки и без нее.

В среднем постбиотик A.O. способствовал снижению циркулирующих уровней липосахарид-связующего белка (ЛЗБ) и сывороточного амилоида, А (САА) по сравнению с контрольной группой (см. табл. 2). Однако влияние дозы было квадратичным, то есть 3 г A.O. были эффективнее 6 г/сут в ослаблении повышение ЛЗБ и СAA во время жары.

Добавка не повлияла на концентрацию общих жирных кислот и азота мочевины в плазме крови. Чтобы получить более глубокое представление о модуляции системной воспалительной реакции после употребления A.O., образцы крови исследовали ex-vivo с липополисахаридом (ЛПС). Постбиотик линейно снижал (Р = 0,022) относительную экспрессию интерлейкина (IL) -6, но не IL- 1ˮ и фактор некроза опухоли-альфа (ФНО).

Тщательное изучение нестимулированного к стимулированному выражение IL-6 показало различную реакцию на дозы постбиотика и соответствует реакциям ЛЗБ и САА. При 3 г/сут клетки крови генерировали меньше IL-6 мРНК в ответ на стимуляцию ЛЗБ, но имели аналогичные уровни IL-6 унести мулеваных клеток по сравнению с 0 г/сут. Это привело к соотношению 5,9 против 8,2, соответственно. И, наоборот, 6 г/сут A.O. увеличили уровень IL-6 мРНК нестимулированными клетками по сравнению с 0 г/сут. Экспрессия стимулированных ЛЗБ-клеток была последовательной среди исследуемых групп. Это привело к дальнейшему снижению стимулированного соотношение — до 2,8.

Ученые не обнаружили различий в гематокрите, гемоглобине, а также количества эритроцитов и лейкоцитов в зависимости от дозировки. Постбиотик A.O. повышает производительность коров во время теплового стресса. Добавка A.O. не повлияла на потребление корма, но демонстрировала тенденцию к увеличению надоев (контрольная группа против A.O., P = 0,065; табл. 3) и выход скорректированного по энергии молока (ECM), белка, жира, лактозы и твердых веществ. Положительное влияние постбиотика на выход ECM и составляющих молока наблюдали при скармливании 3 и 6 г/сут постбиотика в отличие от 18 г/сут. Кроме того, добавка 18 г постбиотика уменьшила содержание белка в молоке по сравнению с 0, 3 и 6 г/сут. Постбиотик линейно увеличивал содержание жира в молоке (0,18 и 0,12% при 3 и 6 г/сут) и демонстрировал тенденцию к линейному улучшению эффективности использования корма (молоко/потребление НС; 0,04, 0,06 и 0,09 единиц при 3, 6 и 18 г/сутки соответственно по сравнению с 0 г/сут). Добавка также способствовала уменьшению КСК (контрольная против A.O. группы). Она не повлияла на кондицию и массу тела. В целом результаты опыта показывают, что постбиотик поддерживал анаболические функции молочных желез, увеличивая синтез ECM и молочных компонентов исследовательской группы коров.

ТАБЛИЦА 3

Обсуждение

Использование продуктов ферментации A.O. для смягчения негативных последствий теплового стресса у крупного рогатого скота не является новым. Однако данных, описывающих фенотип и воспалительный статус этих животных, мало. Кроме того, использованный в опыте постбиотик — это продукт новой контролируемой ферментации A.O. и постферментацийной обработки. Полученный состав добавки включал полисахариды и метаболиты.

Тепловой стресс связан с нарушением здоровья кишечника и его барьерной функции. Такое положение способствует поступлению в организм люминальних антигенов, например липополисахарида, которые в итоге запускают противовоспалительное реакцию. Ученые оценили воспалительный тонус коров, измерив уровень циркуляции белков в острой фазе в начале и в конце исследования.

Ответ на постбиотик A.O. последовал незамедлительно (2-й день) и стойкой (26-й день). Концентрация липополисахарид-связывающего белка в плазме крови уменьшилась у коров, которые потребляли 3 г постбиотика в день. У коров контрольной группы по сравнению с исследовательской, на 26-й день наблюдалось увеличение в 1,3 и 3 раза концентрации ЛЗБ и СAA в плазме крови, что подтвердило воспалительные последствия теплового стресса коров. Эта реакция была частично нейтрализована добавкой постбиотика, что было особенно эффективно для уменьшения концентрации ЛЗБ и САА в плазме крови после кормления 3 г постбиотика в день.

Иммунный ответ на стресс, модифицированный постбиотиком, подтверждается и экспрессией гена IL-6 мРНК после уменьшения концентрации лейкоцитов и ЛЗБ в опытных коров по сравнению с контрольной группой. Тщательное обследование выявило закономерность, которая может быть связана с дозозависимыми реакциями САА и ЛЗБ на А. О. Только 6 г/сут добавки A.O. увеличили нестимулированную экспрессию IL-6, тогда как 3 и 6 г/сут уменьшили реакцию на ЛЗБ. Сейчас объяснения/обоснования дифференцированной реакции на А.О. остаються гипотетическими, но, скорее всего, отражает несколько взаимодействующих механизмов. Первый может быть связан с зафиксированным повышением уровня ЛЗБ в портальном венозном кровотоке вследствие теплового стресса.

Большая устойчивость к тепловому стрессу может минимизировать попадание ЛЗБ в кровоток, уменьшить влияние на печень и дальнейшую экспрессию белков острой фазы и цитокинов. Этот тип реакции наблюдался в аналогичной ситуации, когда добавка живых дрожжей или маннан-олигосахаридов снижала ЛЗБ и САА в КРС, которых кормили рационом с высоким содержанием зерна. Тепловой стресс коров также связывают с уменьшением белков плотных связей в кишечнике (к примеру, zonula occludens 124), что способствует большему попаданию ЛЗБ в кровоток.

Второй основной механизм, скорее всего, отражает сдвиги в микробиомы кишечника, повышенное кон- ция короткоцепочечных жирных кислот и улучшение иммунной функции, способствует целостности желудочно-кишечного тракта. Кроме того, эндотоксины являются мощными индукторами экспрессии металотионеину у животных, в том числе и в молочных коров. Необходимы дополнительные исследования для проверки того, является улучшение в целостности кишечного барьера и ослабление связанной с ним воспалительной реакции механистическими компонентами защитного действия A.O. на животных в состоянии теплового стресса.

Вагинальная температура обеспечивает постоянную оценку теплового на погрузку в течение нескольких дней (в частности, 21−26 дней), что делает эти измерения подходящими переменными для оценки способности коровы регулировать температуру тела. В исследовании средняя вагинальная температура не менялась под действием постбиотика. Однако ученые заметили большую разницу между минимальной и максимальной влагалищной температурой у коров, которым давали 6 г/день постбиотика. Снижение частоты дыхания в сочетании с результатами ректальной и вагинальной температуры позволяет предположить, что A.O. влияет на терморегуляцию. Между тем, предыдущие исследования постбиотика показали, что ферментированная добавка на основе A.O. увеличила способность переносить тепловой стресс.

Точный механизм влияния постбиотика на терморегуляцию не изучен и требует дальнейших исследований. Значительные увеличения выхода скорректированного по содержанию энергии молока (ECM), белка, жира и лактозы наблюдались при добавлении 3 г/сут (3,9; 0,09; 0,17 и 0,10 кг/сутки, соответственно) или 6 г/сутки постбиотика (+3,8; 0,08; 0,16 и 0,12 кг/сутки соответственно). Эти физиологические реакции на А.О. не отражали изменений в потреблении кормов, поскольку на эту переменную добавка не повлияла. Безусловно, эффективность использования кормов линейно увеличивалась с добавлением А.О.

Это свидетельствует о том, что добавка способствовала взаимозамещения питательных веществ анаболическим способом (например, синтез белка и жира клетками молочной железы), а не аутоиммунным процессам. Хотя в этом исследовании не доказано, но, возможно, постбиотик А.О. снижал системное воспаление и окислительный стресс, улучшало биоэнергетику. В ряде предыдущих исследований у коров, которые потребляли добавку на основе А.О. при высоких температурах окружающей среды, снижалась температура тела одновременно с повышенным синтезом молока. Кроме того, результаты потребления кормов не отличались среди исследовательских и контрольных коров.

Увеличение поставок и поглощение питательных веществ в результате улучшения ферментации в рубце благодаря постбиотику и переваривания кормов объясняет увеличение производительности, но такие преимущества вряд ли является результатом температуры тела и частоты дыхания. Вместе с тем, цель боличное производство тепла в результате улучшения процессов пищеварения и увеличения синтеза молока повышает ректальную температуру и скорость дыхания. Таким образом, имеющиеся данные свидетельствуют о существовании многогранного механизма, лежащего в основе защитного действия постбиотика на коров в состоянии теплового стресса.

И, наконец, способность постбиотика А.О. увеличивать устойчивость к тепловой нагрузки было подтверждено на ектотермичной модели. В молочной коровы постбиотик снижал циркулирующие концентрации маркеров системного воспаления. Благодаря этому высвободившиеся питательные вещества для синтеза молока, минимизируя затраты на кормление и метаболическую неэффективность, связанные с аутоиммунной реакцией.

Однако защитное действие против теплового стресса зависит от дозы постбиотика. Значительное улучшение производственных показателей и воспалительного тонуса наблюдалось при скармливании 3 и 6 г/день добавки А. О. Учитывая то, что у животных в состоянии теплового стресса воспаление считается вторичным по отношению к дизрегуляции слизистого барьера кишечника, данные в этом опыте требуют дальнейших исследований, чтобы выяснить, защитное действие А.О. против гипертермии влечет за собой модуляцию кишечной целостности или аутоиммунным путей.

Этот опыт доказывает, что постбиотик на основе А.О. повышает термическую переносимость благодаря механизму, который способствует снижению воспаления.

Источник: журнал «Молоко и ферма», 2 (63), апрель 2021

О пребиотике Amaferm читайте также в статьях:

«Когда кормление как высший пилотаж»,

«Aspergillus oryzae и продуктивность коров»,

«Грубый корм: как управлять изменениями питательности».

«Кормление транзитных коров добавкой на основе Aspergillus oryzae: результаты исследования»

За более детальной информацией касательно пребиотика Amaferm обращайтесь:

ООО «ДК ФИД»

тел.: +38 (067) 508 68 71, ел. пошта: dkfeed. ltd@gmail.com