Декілька компонентів гриба Aspergillus oryzae (А.О.), зокрема полісахариди клітинної стінки та вторинні метаболіти, біологічно активні й приносять користь здоров’ю господаря, який їх уживає. Попередні дослідження показали, що добавка на основі А.О. знижує температуру тіла й підвищує продуктивність тварин у стані теплового стресу. Крім того, додавання в раціон ВРХ біологічно активних сполук грибкового походження знижує зумовлене спекою запалення і покращує здоров’я печінки та кишечника. З огляду на це, вчені припустили, що пероральний прийом постбіотика А.О. може бути ефективним у боротьбі з наслідками теплового стресу і підтримці клітинного гомеостазу.

Щоб перевірити гіпотезу, вчені провели два незалежні досліди. Спочатку вивчили дію постбіотика на термічну переносимість ектотермічного організму (дрозофіла фруктова — D. melanogaster) з кінцевою метою виявити фенотипні адаптації й пов’язані з ними молекулярні зміни. В другому експерименті вони мали на меті розширити результати моделі дрозофіл, оцінивши ефективність постбіотика в адаптації дійних корів (ендотермічні тварини) до спеки з акцентом на імунозапальних процесах.

Умови експерименту

У досліді взяли участь 43 повновікові корови та 5 первісток голштинської породи, яких тримали в корівнику безприв’язно протягом червня-липня 2018 року. Для зволоження тварин використовували двоярусні спринклери та вентилятори для збільшення потоку повітря і випаровування вологи з поверхні шкіри. Спочатку корів розділили на 4 групи залежно від днів доїння (105 ± 27), надоїв (44,0 ± 1,9 кг/добу) і кількості отелень (2,5 ± 0,13), а потім — по 12 корів на спосіб годівлі.

Щодо способів годівлі, то вони включали споживання основного раціону (контрольна група — без А.О.) та раціонів з добавкою А.О. двічі на день по 3, 6 або 18 г на корову протягом 26 днів. Відомо, що 3 і 6 г/добу екстракту Aspergillus oryzae позитивно впливають на продуктивність корів. У дослід також включили 18 г/добу А.О. для перевірки потенційного ефекту від підвищення дози на молочну продуктивність корів. Постбіотиком посипали корм під час кожної годівлі в кожну годівницю.

Постбіотик не був захищеним від розщеплення в рубці продуктом. Його отримали в результаті контрольованої ферментації Aspergillus oryzae і постферментаційної обробки (Biozyme Inc., Сент-Джозеф, штат Міссурі, США). Згідно з рекомендаціями виробника, корови споживали відповідну дозу А.О. за десять днів до початку дослідження. Добавку давали кожній корові о 7.00 та 17.00 (електронна система годівлі), а залишки корму становили 8−10%. Корови доїлись у залі типу «ялинка» 2×8 о 7.00 та 18.00. У нульовий і 26-й день дослідження масу тіла й бал угодованості (за 5-бальною шкалою) оцінювала одна людина і реєструвала після доїння о 7.00.

Що з’ясували?

Постбіотик А.О. впливає на фізіологічні реакції молочних корів в умовах теплового стресу. Молочних корів утримували при температурі й відносній вологості навколишнього середовища, характерних для господарств на південному сході США влітку. Вчені моніторили температуру та відносну вологість, щоб оцінити температурно-вологісний індекс (ТВІ) і описати умови навколишнього середовища протягом дослідження.

Показники ТВІ варіювалися від 71,6 до 77,7 між 22.00 і 9.00 (вночі) та від 75,4 до 83,3 між 9.00 і 22.00 (вдень). Це вказує на те, що корови зазнавали перегрівання від помірного до максимального. Під час кожної годівлі постбіотик А.О. додавали коровам індивідуально в кількості, яка очікувано мала знизити негативний вплив теплового стресу на продуктивність тварин 3 і 6 г/день.

Метою збільшення дози до 18 г/день було перевірити потенційно позитивну дію на продуктивність більшої кількості добавки. Контрольна група корів отримувала той же раціон, але без добавки. Оцінка середніх, мінімальних та максимальних вагінальних температур тіла останніх п’яти днів досліду показала, що добавка не вплинула на ці змінні (див. табл. 1).

Однак різниця між максимальною й мінімальною вагінальною температурою збільшувалася зі збільшенням кількості А. О. Ректальна температура при годівлі різною кількістю добавки не змінювалася, але частота дихання мала тенденцію до зниження у другій половині дня. Під час теплового стресу корови через дихальну систему намагаються розсіяти тепло тіла. Як свідчать дані, постбіотик A.O. не вплинув на ректальну температуру тварин.

У корів, які споживали постбіотик, спостерігали зниження системного запалення. Оскільки тепловий стрес спричиняє системне запалення і запалення кишечника у молочних корів, ентеральний захист від теплового навантаження може бути механічним компонентом толерогенних фенотипів, сформованих постбіотиком А. О. Для вивчення цієї гіпотези вчені оцінили циркулюючі маркери запалення у 2-й та 26-й день дослідження, щоб описати миттєвий і кумулятивний ефект А.О. при 3 і 6 г добавки на добу та без неї.

У середньому постбіотик А.О. сприяв зниженню циркулюючих рівнів ліпосахарид-зв'язувального білка (ЛЗБ) і сироваткового амілоїду, А (САА) порівняно з контрольною групою (див. табл. 2). Однак вплив дози був квадратичним, тобто 3 г А.О. були ефективнішими за 6 г/добу в ослабленні підвищення ЛЗБ і СAA під час спеки.

Добавка не вплинула на концентрацію загальних жирних кислот та азоту сечовини в плазмі крові. Щоб отримати глибше уявлення про модуляцію системної запальної реакції після споживання А.О., зразки крові досліджували ex-vivo з ліпополісахаридом (ЛПС). Постбіотик лінійно знижував (Р = 0,022) відносну експресію інтерлейкіну (IL)-6, але не IL- 1ˮ та фактор некрозу пухлини-альфа (ФНП).

Ретельніше вивчення нестимульованого до стимульованого вираження IL-6 показало різну реакцію на дози постбіотика і відповідає реакціям ЛЗБ та САА. При 3 г/добу клітини крові генерували менше IL-6 мРНК у відповідь на стимуляцію ЛЗБ, але мали аналогічні рівні IL-6 у нести мульованих клітин порівняно з 0 г/добу. Це призвело до співвідношення 5,9 проти 8,2, відповідно. І, навпаки, 6 г/добу А.О. збільшили рівень IL-6 мРНК нестимульованими клітинами порівняно з 0 г/добу. Експресія стимульованих ЛЗБ-клітин була послідовною серед досліджуваних груп. Це призвело до подальшого зниження стимульованого співвідношення — до 2,8.

Вчені не виявили відмінностей у гематокриті, гемоглобіні, а також кількості еритроцитів і лейкоцитів залежно від дозування. Постбіотик А.О. підвищує продуктивність корів під час теплового стресу. Добавка А. О. не вплинула на споживання корму, але демонструвала тенденцію до збільшення надоїв (контрольна група проти А.О., P = 0,065; табл. 3) та вихід скоригованого за енергією молока (ECM), білка, жиру, лактози і твердих речовин. Позитивний вплив постбіотика на вихід ECM і складових молока спостерігали при згодовуванні 3 і 6 г/добу постбіотика на відміну від 18 г/добу. Крім того, добавка 18 г постбіотика зменшила вміст білка в молоці порівняно з 0, 3 і 6 г/добу. Постбіотик лінійно збільшував уміст жиру в молоці (0,18 і 0,12% при 3 і 6 г/добу) і демонстрував тенденцію до лінійного поліпшення ефективності використання корму (молоко/споживання СР; 0,04, 0,06 і 0,09 одиниць при 3, 6 і 18 г/добу відповідно порівняно з 0 г/добу). Добавка також сприяла зменшенню КСК (контрольна проти A.O. групи). Вона не вплинула на кондицію і масу тіла. Загалом результати досліду показують, що постбіотик підтримував анаболічні функції молочних залоз, збільшуючи синтез ECM і молочних компонентів дослідної групи корів.

ТАБЛИЦЯ 3

Обговорення

Використання продуктів ферментації А.О. для пом’якшення негативних наслідків теплового стресу у великої рогатої худоби не є новим. Однак даних, що описують фенотип і запальний статус цих тварин, мало. Крім того, використаний у досліді постбіотик — це продукт нової контрольованої ферментації А.О. і постферментаційної обробки. Отриманий склад добавки включав полісахариди і метаболіти.

Тепловий стрес пов’язаний з порушенням здоров’я кишечника і його бар'єрної функції. Такий стан сприяє надходженню в організм люмінальних антигенів, як-от ліпополісахариди, які зрештою запускають протизапальну реакцію. Вчені оцінили запальний тонус корів, вимірявши рівні циркуляції білків у гострій фазі на початку та в кінці дослідження.

Відповідь на постбіотик А.О. була негайною (2-й день) та стійкою (26-й день). Концентрація ліпополісахарид-зв'язувального білка в плазмі крові зменшилась у корів, які споживали 3 г постбіотика на день. У корів контрольної групи, порівняно з дослідною, на 26-й день спостерігалося збільшення в 1,3 і 3 рази концентрації ЛЗБ і СAA в плазмі крові, що підтвердило запальні наслідки теплового стресу корів. Ця реакція була частково нейтралізована добавкою постбіотика, що було особливо ефективно для зменшення концентрації ЛЗБ і САА в плазмі крові після годівлі 3 г постбіотика на день.

Імунна відповідь на стрес, модифікована постбіотиком, підтверджується й експресією гену IL-6 мРНК після зменшення концентрації лейкоцитів та ЛЗБ у дослідних корів порівняно з контрольною групою. Ретельніше обстеження виявило закономірність, яка може бути пов’язана з дозозалежними реакціями САА і ЛЗБ на А.О. Тільки 6 г/добу добавки А.О. збільшили нестимульовану експресію IL-6, тоді як і 3 і 6 г/добу зменшили реакцію на ЛЗБ. Наразі пояснення/обгрунтування диференційованої реакції на А.О. залишається гіпотетичним, але, скоріш за все, відображає кілька взаємодіючих механізмів. Перший може бути пов’язаний із зафіксованим підвищенням рівня ЛЗБ в портальному венозному кровотоці унаслідок теплового стресу.

Більша стійкість до теплового стресу може мінімізувати потрапляння ЛЗБ у кровотік, зменшити вплив на печінку та подальшу експресію білків гострої фази і цитокінів. Цей тип реакції спостерігався в аналогічній ситуації, коли добавка живих дріжджів або маннан-олігосахаридів знижувала ЛЗБ і САА у ВРХ, яких годували раціоном з високим умістом зерна. Тепловий стрес корів також пов’язують зі зменшенням білків щільних зв’язків у кишечнику (на приклад, zonula occludens 124), що сприяє більшому потраплянню ЛЗБ у кровотік.

Другий основний механізм, скоріш за все, відображає зрушення в мікробіомі кишечника, підвищену концен- трацію коротколанцюгових жирних кислот і поліпшення імунної функції, що сприяє цілісності шлунково-кишкового тракту. Крім того, ендотоксини є потужними індукторами експресії металотионеїну у тварин, зокрема й у молочних корів. Необхідні додаткові дослідження для перевірки того, чи є поліпшення в цілісності кишкового бар'єру й ослаблення пов’язаної з ним запальної реакції механістичними компонентами захисної дії А.О. на тварин у стані теплового стресу.

Вагінальна температура забезпечує постійну оцінку теплового на вантаження протягом кількох днів (зокрема, 21−26 днів), що робить ці вимірювання підходящими змінними для оцінки здатності корови регулювати температуру тіла. У дослідженні середня вагінальна температура не змінювалася під дією постбіотика. Однак учені помітили велику різницю між мінімальною й максимальною вагінальною температурою в корів, яким давали 6 г/день постбіотика. Зниження частоти дихання в поєднанні з результатами ректальної й вагінальної температури дозволяє припустити, що А.О. впливає на терморегуляцію. Між тим, попередні дослідження постбіотика показали, що ферментована добавка на основі А.О. збільшила здатність переносити тепловий стрес.

Точний механізм впливу постбіотика на терморегуляцію не вивчений і потребує подальших досліджень. Значні збільшення виходу скоригованого за вмістом енергії молока (ECM), білка, жиру і лактози спостерігалися при додаванні 3 г/добу (+3,9; 0,09; 0,17 і 0,10 кг/добу, відповідно) або 6 г/добу постбіотика (+3,8; 0,08; 0,16 і 0,12 кг/добу, відповідно). Ці фізіологічні реакції на А.О. не відображали змін у споживанні кормів, оскільки на цю змінну добавка не вплинула. Безумовно, ефективність використання кормів лінійно збільшувалася з додаванням А.О.

Це свідчить про те, що добавка сприяла взаємозаміщенню поживних речовин анаболічним способом (наприклад, синтез білка й жиру клітинами молочної залози), а не імунозапальним процесам. Хоча в цьому дослідженні не доведено, але, можливо, постбіотик А.О. знижував системне запалення й окислювальний стрес, що покращувало біоенергетику. У низці попередніх досліджень у корів, які споживали добавку на основі А.О. при високих температурах навколишнього середовища, знижувалася температура тіла водночас із підвищеним синтезом молока. Крім того, результати споживання кормів не відрізнялися серед дослідних і контрольних корів.

Збільшення постачання і поглинання поживних речовин у результаті поліпшення ферментації в рубці завдяки постбіотику й перетравності кормів пояснює збільшення продуктивності, але такі переваги навряд чи є результатом температури тіла і частоти дихання. Разом з тим, мета болічне виробництво тепла в результаті поліпшення процесів травлення і збільшення синтезу молока підвищує ректальну температуру і швидкість дихання. Отже, наявні дані свідчать про існування багатогранного механізму, що лежить в основі захисної дії постбіотика на корів у стані теплового стресу.

І, врешті, здатність постбіотика А.О. збільшувати стійкість до теплового навантаження було підтверджено на ектотермічній моделі. В молочної корови постбіотик знижував циркулюючі концентрації маркерів системного запалення. Завдяки цьому вивільнялись поживні речовини для синтезу молока, мінімізуючи витрати на годівлю й метаболічну неефективність, пов’язані з імунозапальною реакцією.

Однак захисна дія проти теплового стресу залежить від дози постбіотика. Значне поліпшення виробничих показників і запального тонусу спостерігалось при згодовуванні 3 і 6 г/день добавки А.О. З огляду на те, що у тварин у стані теплового стресу запалення вважається вторинним повідношенню до дизрегуляції слизового бар'єру кишечника, дані в цьому досліді потребують подальших досліджень, щоб з’ясувати, чи захисна дія А.О. проти гіпертермії тягне за собою модуляцію кишкової цілісності або імунозапальних шляхів.

Цей дослід доводить, що постбіотик на основі А.О. підвищує термічну переносимість завдяки механізмові, який сприяє зниженню запалення.

Джерело: журнал «Молоко і ферма», 2 (63), квітень 2021

Про пребіотик Amaferm читайте також у статтях:

«Коли годівля як вищий пілотаж»

«Aspergillus oryzae і продуктивність корів»

«Грубий корм: як управляти змінами поживності»

«Тепловий стрес і годівля»

«Годівля транзитних корів добавкою на основі Aspergillus oryzae: результати дослідження»

За більш детальною інформацією щодо пребіотика Amaferm звертайтесь:

ТОВ «ДК ФІД»

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