Использование фитохимических веществ в кормлении крупного рогатого скота (обзор)

Животноводство как в условиях крупных комплексов, так и на малых территориях подсобных и фермерских хозяйств в первую очередь направлено на поддержание здоровья и высокой продуктивности поголовья (1). Это особенно актуально в отношении крупного рогатого скота (КРС) с длительным сроком выращивания. Все более востребованы исследования, связанные с поиском веществ с выраженным регуляторным влиянием на метаболизм (2), особенно на фоне повсеместно вводимых запретов на применение антибиотиков в терапии и в качестве стимуляторов роста (3) из-за

^* Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ проект ¹ 22-76-10008.

распространения широкопрофильной резистентности в микроценозе (4) и опасений, связанных с накоплением ряда препаратов в организме и продуктах питания (5).

В качестве аналогов антибиотическим препаратам все чаще применяют биологически активные соединения растительного происхождения — фитобиотики, или фитогеники (ФБ) (6, 7). С 2020 года в русскоязычных источниках был опубликован ряд литературных обзоров по теме применения ФБ в животноводстве и птицеводстве, базирующихся, в том числе, на исследованиях отечественных авторов (8-11).

Целью настоящей работы стал анализ мировой практики применения фитобиотических препаратов в кормлении крупного рогатого скота и обобщение опосредуемых ими метаболических эффектов в связи с химической структурой входящих в их состав молекул.

Под ФБ следует понимать перемолотые высушенные субстраты, различного рода экстракты или очищенные агрегаты малых молекул из дифференцированных тканей Plantae , ключевым компонентом которых выступают чрезвычайно разнообразные, многочисленные и различающиеся по структуре и свойствам вторичные метаболиты. Последние, в отличие от белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот, имеющих общебиологическое значение, как правило не играют ключевой роли в жизнедеятельности (17), однако часто служат своеобразными протекторами от вредоносных бактерий, простейших, насекомых, грибков и даже неблагоприятных погодных условий. Они придают цвет, запах и вкус тем органам растений, в которых присутствуют, выступая аттрактантами для опылителей и способствуя распространению плодов и семян, а также участвуют в аллелопатических или симбиотических взаимодействиях как сигнальные молекулы (18).

Каждое семейство, род и вид растений производят характерную смесь вторичных метаболитов, которая иногда выступает в качестве таксономического признака (19). И хотя, в сущности, ФБ — это побочные продукты биохимических процессов (20), они все же обладают рядом крайне полезных свойств (21), некоторые из которых и предполагается рассмотреть in situ в отношении крупного рогатого скота.

Классификация, химическая структура и состав Ф Б . Все фитобиотические препараты по происхождению можно разделить на три группы: ботаническое сырье и экстракты, эфирные масла, живицы.

К первой группе относят цветущие однолетние и многолетние травы, а также их органы: корни, цветки, листья, ягоды. Сюда же входят специи с интенсивным запахом и вкусом, кора деревьев, почки и хвоя. Как правило, это легкодоступное дешевое сырье с низкой токсичностью (22). Порошки и экстракты растений способны нарушать структуру или разрушать клеточные мембраны микробов, увеличивая их гидрофобность, и изменять вирулентные свойства; стимулировать пролиферацию полезных бактерий; действовать как иммуностимуляторы; защищать кишечник от микробной атаки; стимулировать рост всасывающей поверхности (ворсинок и крипт) в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) и усиливать выработку и активность пищеварительных ферментов (23, 24).

Во вторую группу входят состоящие преимущественно из липофильных соединений ароматические, летучие и маслянистые жидкости, получаемые посредством холодного отжима, а также паровой или спиртовой дистилляции из растительных материалов — семян, цветов, листьев, почек, веток, травы, коры, древесины, плодов и корней (25). Они обладают антимикробными, противовоспалительными, антиоксидантными и кокцидио-статическими свойствами (26, 27), повышают перевариваемость кормов и иммунитет животных, улучшают здоровье кишечника, минимизируя влияние патогенных бактерий (28).

В третью группу входят высококонцентрированные экстракты на основе неводного раствора, комбинации масла и смолы. Живицы усиливают врожденный иммунитет и снижают негативное воздействие энтеральных патогенов, увеличивают число кишечных Т-клеток, повышают содержание цитокинов и хемокинов в спленоцитах, реорганизуют кишечный микробиом (29).

Отметим также, что к наиболее важным биоактивным соединениям, присутствующим в составе фитобиотиков, чаще всего относят аминокислоты, витамины, гликозиды, горечи, танины, жирные масла, камеди, лактоны, фенольные кислоты, пектины, сапонины, смолы, фитонциды, флавоноиды, эфирные масла, антрахиноны и стероиды (30), метаболическими предшественниками которых выступают 1-дезоксилулозо-5-фосфат, шики-мовая и мевалоновая кислоты, ацетил-КоА, а также ацетат и малонат, образующиеся в процессе фотосинтеза, гликолиза и цикла Кребса (31, 32).

При этом вторичные метаболиты, как правило, подразделяются на три большие группы: терпены (терпеноиды), фенольные соединения и алкалоиды.

Терпены (терпеноиды) . Структурно наиболее разнообразный класс, получивший свое название в честь первых моно-представителей, выделенных из скипидарного (терпентинового) масла в 1850-х годах. Он объединяет порядка 40000 веществ с повторяющимися 5-членными изопреновыми звеньями в углеродном скелете. При этом в лабораторных условиях при термическом разложении большинства терпенов (терпеноидов) в качестве продукта также образуется газообразный изопрен, в связи с чем их иногда называют изопреноидами.

Важно отметить, что под терпенами, как правило, понимают соединения, содержащие целое число C 5 -звеньев независимо от присутствия в молекуле функциональных групп, а под терпеноидами — структуры, от них происходящие, но уже отличающиеся числом атомов в углеродном скелете. Все терпены синтезируются из одного и того же предшественника — изопентилдифосфата (isopentyldiphosphate, IDP) и его изомера диметил-аллил-дифосфата (dimethyl-allyldiphosphate, DMADP) (33). Они же, в свою очередь, образуются либо по цитозольному пути (при конденсации ацетил-КоА), либо по хлоропластному пути (при конденсации пирувата и глице-ральдегид-3-фосфата) (34-37).

В растениях терпеноиды выполняют разнообразные функциональные роли. Например, фитол и каротиноиды (ксантофиллы, α-каротины, β-каро-тины и ликопин) представляют собой фотосинтетические пигменты, гиббереллины и абсцизовая кислота — гормоны, убихинон и пластохинон служат переносчиками электронов, стерины — структурными компонентами клеточных мембран. Они также широко варьируют по строению, в связи с чем дополнительно классифицируются на гемитерпены (C5), монотерпены (C10), сесквитерпены (C15), дитерпены (C20), сестертерпены (C25), тритерпены (C30), тетратерпены (C40) и политерпены (С5½n), которые могут включать как алифатические, так и циклические соединения и их производные (38, 39).

Моно- и сесквитерпены, к примеру, — это, как правило, легкоиспа-ряющиеся жидкости, часто с разнообразным запахом и выраженным бактерицидным и антипатогенным эффектом. Так, пиретроиды — монотерпеновые эфиры из листьев хризантем ( Tanacetum cinerariifolium Sch. Bip.) обладают нейротоксичными инсектицидными свойствами в отношении многих насекомых, таких как пчелы, осы, жуки и мотыльки, оставаясь фактически безвредными для млекопитающих (40). α -Пинен, β -пинен и мирезин, присутствующие в смоляных ходах голосеменных, особенно токсичны для короеда (41). В эфирном масле хмеля ( Humulus lupulus L.) около 30-50 % приходится на алифатический монотерпен — мирцен, рассматриваемый в качестве потенциального лекарства от болезни Альцгеймера, поскольку он способен повышать синаптическую пластичность и холинергическую активность нервных тканей, а также уменьшать окислительные и гистопатологические повреждения (42).

Среди наиболее распространенных кислородсодержащих производных алифатических монотерпенов следует отметить спирты гераниол, линалоол и цитронеллол. Первый встречается в эфирных маслах розы ( Rosa damascena Mill.) и эвкалипта ( Eucalyptus obliqua L'Her.), а при последовательном окислении и взаимодействии с ацетоном может превращаться в циклическое соединение ионон, входящее в состав каротина (43, 44). Линалоол можно обнаружить в цветках ландыша ( Convallaria majalis L.), апельсиновом ( Citrus ½ sinensis (L.) Osbeck) и кориандровом масле, в экстрактах Achillea , Ballota , Calamintha , Micromeria , Hedychium , Tanacetum , Coriandrum , Xanthoxylum , Ocimum , Thymus , Lavandula , Elettaria , Cinnamomum , Salvia , Origanum , Satureja , Nepeta , Stachys (45-47), а цитронеллол — в розовом и гераниевом масле (48, 49), а также в тканях растений рода Cymbopogon (50). Они выступают как репелленты для многих насекомых (51).

К циклическим монотерпенам относится лимонен из плодов цитрусовых, тмина, укропа и т.д. (52), к кислородсодержащим — ментол, борнеол, камфора. Ментол — вторичный спирт из эфирного масла перечной мяты ( Mentha piperita L.), способный фармакологически защищать желудочно-кишечный тракт, печень, почки, кожу, органы дыхания, головной мозг и нервную систему, а также оказывать гипогликемическое и гиполи-пидемическое действие (53). Камфора относится к бициклическим монотерпенам. В отличие от рассмотренных выше соединений, представляет собой не жидкость, а твердое вещество. Она содержится в большом количестве в древесине и листьях камфорного лавра ( Cinnamomum camphora (L.) J. Presl.), а также в одном из видов полыни ( Artemisia kopetdaghensis Krasch. ex Poljakov). Камфора широко используется в медицине в качестве средства, нормализующего работу сердца (54).

Что касается сесквитерпенов, то они часто выступают в роли фитоалексинов — антибиотических соединений, образующихся при атаке микроорганизмами, и антифидантов, отпугивающих растительноядных. Косту-нолиды, встречающиеся в тканях семейства астровых (Asteraceae), имеют пятичленное лактонное кольцо и оказывают сильное отпугивающее действие на травоядных (55). Абсцизовая кислота — растительный гормон, образующийся из ксантоксина и выступающий в качестве фактора активации транскрипции, а также отвечающий за изменение свойств мембран в ответ на дефицит воды, поддержание покоя семян и бутонов, защиту от ультрафиолетового излучения (56, 57).

Среди сесквитерпенов известны также хамазулен (основное действующее вещество эфирного масла ромашки) (58), ледол (компонент эфирного масла багульника) (59), неролидон (содержится в эфирном масле цветков апельсина и в перуанском бальзаме) (60, 61).

Особые группы моно- и сесквитерпенов образуют вещества, у которых в состав кольца (колец) входит один или несколько атомов кислорода (иридоиды, сесквитерпеновые лактоны) (62, 63). Эти соединения (как правило, в виде гликозидов) часто обладают специфическим горьким вкусом и являются горечами — веществами, возбуждающими аппетит и улучшающими пищеварение. Некоторые из них обладают бактериостатическим (аук-убин) и противоопухолевым (арглабин) действием (64, 65).

К дитерпенам относят фитол — гидрофобный хвост молекулы хлорофилла, который помогает ему закрепляться в тилакоидах (66); гормоны гиббереллины, участвующие в прорастании семян, увеличении биомассы, закладке цветков и плодов (67), фиксации CO 2 , регуляции газообмена, транслокации ассимилятов, работе флоэмы (68-70); фитоалексины; смоляные кислоты, содержащиеся в хвойных и бобовых растениях; таксол, обнаруженный в коре Taxus (тис) и используемый в качестве противоракового средства, и форсколин, применяемый для лечения глаукомы (71). К другим дитерпеноидам относится абиетиновая кислота из смоляных каналов сосен, выделяемая в ответ на проникновение в них микроорганизмов (72).

Моноциклическим дитерпеновым спиртом является витамин А, а его предшественником — β -каротин (73). Дитерпеновые гликозиды из листьев стевии (стевиозиды) в 300 раз слаще сахарозы и служат ее заменителем для больных сахарным диабетом (74).

К тритерпенам относят производные сквалена, образующиеся при соединении двух фарнезилдифосфатных звеньев (75, 76): олеан, урсан, люпин (77). Ряд биологически активных продуктов, таких как стероидные сапонины, стерины, желчные кислоты, половые гормоны млекопитающих, кардиоактивные гликозиды и кортикостероиды, образуются в результате скелетных модификаций боковых цепей (76). Стеролы также служат важными компонентами клеточных мембран, которые выполняют роль ионных каналов и регулируют проницаемость малых молекул, в частности за счет уменьшения перемещения жирных кислот.

Молочайные растения ( Euphorbiaceae ) выделяют несколько стери-нов, которые отпугивают травоядных и насекомых (78). Сапонины — еще одна группа тритерпеноидов, у которых агликон тритерпен ковалентно связан с одним или несколькими углеводными остатками (77). Еще одна группа — фитоэкдизоны, они отпугивают насекомых, нарушая процесс линьки и оказывая летальное воздействие на других этапах развития (79). Лимоноиды относятся к тритерпенам, содержащимся в цитрусовых семейства Rutaceae и отпугивающим растительноядных животных. Азадиректин — токсичный для патогенов лимоноид, содержится в Azadirachta indica (80).

Среди тетратерпенов большая группа представлена природными красителями с разнообразными функциями. Кроме растений, они образуются также у бактерий, водорослей и грибов. К наиболее важным тетратерпеноидам относятся каротиноиды, которые биологически синтезируются 224

посредством соединения двух хвостов молекул геранилдифосфата. Каротины — углеводороды, выступающие в качестве вспомогательных пигментов желтого или оранжевого цвета в процессе фотосинтеза. Кислородсодержащие каротиноиды называются ксантофиллами. Некоторые каротины, например β -каротин, попадая в организм животных с пищей, действуют как провитамин А, другие, например ликопин, — как антиоксиданты (81, 82). В значительных количествах каротиноиды накапливаются в корнеплодах моркови, плодах шиповника, рябины обыкновенной, смородины, облепихи, помидоров, тыквы, листьях шпината, салата, крапивы (83).

Фенольные соединения . Число фенольных соединений составляет более 8000. Это вещества ароматической природы, содержащие одну или несколько гидроксильных групп, образующиеся по шикиматному (из фосфоенолпировиноградной кислоты, ФЕП, и эритрозо-4-фосфата) и ацетатно-малонатному (из ацетил-КоА) пути. Они участвуют в процессах дыхания; играют важную роль в окислительно-восстановительных и защитных реакциях; оказывают влияние на ростовые процессы растений (иногда активирующее, чаще ингибирующее); повышают устойчивость растений к заболеваниям, защищают от избыточной солнечной радиации и холодового стресса; влияют на проницаемость мембран; служат аттрактантами или детеррентами для насекомых; могут выступать в качестве аллелопатических веществ (например, салициловая кислота у дуба) (84, 85).

Из модификаций для фенольных соединений характерно образование гликозидов, метилирование и метоксилирование. За счет гидроксильных и карбоксильных групп они могут связываться с сахарами, органическими кислотами, растительными аминами, алкалоидами (86). По структуре их подразделяют на вещества с одним, двумя и более ароматическими кольцами в углеродном скелете (87), а также на флавоноиды и нефлаво-ноиды (88).

Флавоноиды — полифенольные соединения, состоящие из 15 углеродных атомов (двух ароматических колец с 3-углеродным мостиком). К наиболее важным и распространенным среди них относят флавонолы, флавоны, флаван-3-олы, изофлавоны, антоцианидины и флаваноны; менее известны кумарины, ауроны, халконы, флаван-3,4-диолы и дигидрохал-коны (34).

Флавонолы встречаются в основном в виде О-гликозидов (с оксигенацией при углероде в позиции 3), таких как кверцетин, каэмпферол, мирицетин и изорамнетин, в широко потребляемых овощах, фруктах и напитках, например в луке, яблоках, красном вине и чае (89).

Флавоны, в свою очередь, не имеют кислородного компонента при углероде 3, однако могут включать целый ряд замещений в результате метилирования, гидроксилирования, гликозилирования, О- и С-алкилирова-ния (90). Полиметоксилированные флавоны (тангеретин и нобилетин) присутствуют в цитрусовых, 3-флавоны (летеолин, хризоэриол и апигенин) содержатся в Chrysanthemum morifolium Hemsl. (91, 92).

Флаван-3-олы имеют гораздо более сложное строение, варьируя от мономерных до олигомерных и полимерных форм. Они присутствуют в зеленом чае в виде эпигаллокатехина и эпикатехингаллата (93).

Антоцианидины, представленные в основном антоцианами — производными, сопряженными с сахарами, также широко распространены в растительном царстве. Они содержатся большей частью в цветках и плодах, придавая им красную, синюю и фиолетовую окраску (94). Наиболее распространены цианидин, пеонидин, мальвидин, пеларгонидин, дельфинидин и петунидин, присутствующие в плодах Ribes, Rubus, Vaccinium, Fragaria, а также у менее известных видов рода Crataegus, Morus, Amelanchier, Sorbus, Sambucus и Aronia (95).

Халконы и дигидрохалконы, образующиеся из ацетофенонов и бензальдегидов через конденсацию Клайзена-Шмидта, служат предшественниками флавононов. Первые, например нарингенин и флоридзин, присутствуют соответственно в томатах и яблоках, а вторые (эриоцитрин, нариру-тин, геспериин, нарингин, неогесперидин) широко представлены среди цитрусовых (96).

Изофлавоноиды имеют 3-фенилхромовый скелет и особенно распространены в подсемействе бобовых Papilionoideae . В сое ( Glycine max (L.) Merr.) это, например, агликоны генистеин, даидзеин и глицитеин. Они же обнаружены в экстрактах красного клевера ( Trifolium pratense L.), а миллева-нин-F и фурованин-А выделены из Millettia taiwaniana Hayata ( Leguminosae ) (97). Изофлавоноиды обладают выраженными антиоксидантными свойствами, служат субстратами для пероксидаз и реактивируют активные формы кислорода (АФК), участвуют в образовании корневых клубеньков азотфик-сирующими бактериями (98, 99).

Кумарины с кольцевой структурой бензопирана-2-она или хромена-2-она и их галогенированные или гидроксилированные производные — важный компонент защиты растений от травоядных, насекомых, бактерий и грибов (100-102). Соединяясь с фурановым кольцом (фуранокумарины), они проявляют заметную фитотоксичность при активации ультрафиолетом, особенно в растениях семейства Apiaceae , за счет высокоэнергетического электронного состояния, связываясь с пирамидиновыми основаниями ДНК и блокируя транскрипцию (103).

К нефлавоноидам относятся фенольные кислоты, дубильные вещества, гидроксицинамматы, стилбены и их конъюгированные производные.

Фенольные кислоты и дубильные вещества, основным компонентом которых выступает галловая кислота и ее производные (галлотаннины и эл-лагитаннины), соединяются с белками слюны и вызывают вяжущее ощущение (34). Некоторые танины, такие как протокатехиловая и хлорогеновая кислоты, легко окисляются и придают растениям устойчивость к болезням, например предотвращают поражение лука пятнистостью, вызываемой Col-letotrichum circinans (104). Фенольные кислоты в значительных количествах обнаружены в чернике, клюкве, персиках, картофеле, листьях салата, кофейных зернах, шпинате, лимонах, яблоках, апельсинах, киноа и морских водорослях, а дубильные вещества — в грецких орехах, винограде, сливах, какао, кофе, малине и чечевице (105).

Примерами гидроксициннаматов, предшественником которых выступает коричная кислота (продукт фенилпорпаноидного пути), могут быть кофейная, феруловая и кумаровая кислоты (106).

Стильбены вырабатываются растениями как фитоалексаны при атаке бактериями, грибами, вирусами и нематодами. К ним относится ресвератрол, обычно присутствующий в сое, арахисе, вине, винограде и Polygonum cus-pidatum Sieb et Zucc. (107).

Àëêàëîèäû. Алкалоиды — это азотсодержащие соединения, синтезируемые, за некоторым исключением, из тирозина, лизина, триптофана и аспарагиновой кислоты. На клеточном уровне действие алкалоидов весьма вариабельно: одни влияют на нервную систему, другие — на синтез белка, третьи — на мембранный транспорт и активность ферментов (108).

К числу алкалоидов растительного происхождения, широко используемых в качестве лекарственных средств, относятся винкристин, винбла-226

стин и камптотецин с противораковыми свойствами, колхицин с противо-подагрическим действием, морфин и кодеин как анальгетики и скополамин как седативное средство (34).

Алкалоиды принято классифицировать на три группы: типичные (с гетероциклом, происходящие из аминокислот); биологические амины (без гетероцикла); стероидные (с гетероциклом, не являющиеся производными аминокислот).

Бензил-изохинолиновые алкалоиды — производные тирозина (берберин, тубокурарин, колхицины, морфин, сангвинарин и т.д.) обнаружены в растениях семейств Fumariaceae , Papaveraceae , Menispermaceae , Magnoliaceae и Ranunculaceae (109).

Тропановые алкалоиды (атропин, гиосцин и гиоксиамин) содержат 8-8-азабицикло-(3,2,1)-октановое ядро, присутствуют в тканях представителей Convolvulaceae , Solanaceae и Erthroxylaceae . В большинстве своем они токсичны и не обладают фармацевтическим действием (110).

Никотин, присутствующий у табака, состоит из пиридинового кольца, присоединенного к N-метилпирролидиновому, и образуется из хинолиновой кислоты и путресцина (111).

Пуриновые алкалоиды синтезируются из ксантозина. К ним относятся кофеин, получаемый из кофейного дерева Coffea arabica L., Camellia sinensis Kuntze и Ilex paraguariensis A.St.-Hil., и теобромин из Camellia ptilophylla H.T. Chang, Theobroma cacao L. и Camellia irrawadiensis (Hu) P.K. Barua (112, 113).

Пирролизидиновые алкалоиды образуются из полиаминов путресцина и спермидина и присутствуют в семействах Asteraceae , Fabaceae , Orchidaceae и Boraginaceae . Они чрезвычайно токсичны и оказывают пагубное воздействие на животных (114, 115).

Хинолизидиновые алкалоиды представлены в основном легумино-зами, производимыми растениями рода Lupinus , семена которых используются в качестве богатого белком корма для домашнего скота. Чтобы удалить эти токсичные алкалоиды, семена перед употреблением надолго замачивают в воде (116).

Кроме вышеперечисленных крупных классов фитохимических веществ следует отметить некоторые серосодержащие вторичные метаболиты растений, образующиеся либо из глюкозинолатного субстрата, гидролизуемого ферментом мирозиназой, либо из аллиина с помощью аллииназы у представителей семейства крестоцветных ( Brassicaceae ) и рода Allium (117, 118). Именно они придают им характерные запах, вкус, бактерицидные и фармацевтические свойства.

Таким образом, структура ФБ достаточно гетерогенна, что обусловливает возможность их многопрофильного использования как в медицине, так и в ветеринарии и кормлении сельскохозяйственных животных. Это утверждение базируются на трех общих эффектах действия ФБ. Во-первых, многие компоненты ФБ обладают избирательным бактерицидным, противовирусным и противопаразитарным эффектом, что позволяет не только улучшить состояние здоровья, нивелировать патогенную нагрузку, но и в определенной степени модулировать микробиоценоз ЖКТ и связанные с ним процессы пищеварения. Во-вторых, ароматные травы и экстракты растительных тканей повышают привлекательность кормов и, как следствие, влияют на режим питания, секрецию пищеварительных соков и общее потребление корма, что дополнительно способствует лучшей усвояемости питательных веществ и повышает продуктивность. В-третьих, некоторые ФБ напрямую влияют на физиолого-метаболические константы организма

(морфология эпителиальной выстилки ЖКТ, антиоксидантный и иммунный статус, обмен азота, стимуляция эндокринной системы и промежуточного метаболизма) (119).

Фитобиотики как аналоги противовирусных, антибиотических, противопаразитарных препаратов и модуляторы микробиома. Водные и спиртовые экстракты, эфирные масла, сапонины и отдельно взятые вторичные метаболиты, например из Achyranthes aspera L. (сем. Asparagaceae ), Ficus caria L. (сем. Moraceae ), Malvi parviflora L. (сем. Malvaceae ), Vernonia spp. (сем. Asteraceae ), Calpurinia aurea Benth. (сем. Faba-ceae ), Nicotiana tabacum L. (сем. Solanaceae ), Ziziphus spinachristi L. (сем. Rhamnaceae ), Croton macrostachys Hochst. ex Delile (сем. Euphorbiaceae ), эффективны против широкого круга кишечных патогенов: Escherichia coli , Staphylococcus aureus , Enterobacter aerogenes , Pseudomonas aeruginosa , Bacillus subtilis , Klebsiella pneumoniae , Salmonella typhi , Staphylococcus epidermidis , Salmonella typhi-murium и Proteus vulgaris . Более того, некоторые из них проявляют антибактериальную активность в условиях in vitro по отношению к Acinetobacter baumannii с множественной лекарственной устойчивостью (120).

Аналогичные данные получены для ФБ, протестированных на мети-циллинрезистентных и продуцирующих бета-лактамазы расширенного спектра действия бактериях (121). Лимонен, эвгенол и экстракт цитрусовых подавляли размножение Lactobacillus plantarum , Lactobacillus brevis , Bacillus coagulans , а также дрожжей Saccharomyces bayanus , Pichia membranifacciens , Rhodotorula bacarum фруктовых соков (122). Коричный альдегид, тимол и карвакрол проявляли сильнейшую антибактериальную активность против штаммов Escherichia coli, Salmonella enterica и Listeria monocytogenes (123). Гераниол в составе эфирного масла Cymbopogon nardus (L.) Rendle и в чистом виде в концентрациях от 0,5 до 4 мг/мл подавлял образование биопленок Staphylococcus aureus (124). Ресвератрол и богатые им экстракты обладали умеренной антимикробной активностью в отношении псевдомонад, бацилл и грибов Candida albicans . Минимальная ингибирующая концентрация ресвератрола для них составила от 100 мкг/мл (125). Полифенольные экстракты из Geranium sanguineum L. и Swertia chirata Buch. обладали активностью против вирусов гриппа (126, 127). Эфирное масло ромашки ( Matricaria recutita L.) (хамазулен) в тесте агаровой диффузии продемонстрировало антибактериальный эффект с зоной ингибирования диаметром от 13,33 мм (на Listeria monocytogenes ) до 40,00 мм (на Staphylococcus aureus ), однако не повлияло на Pseudomonas aeruginosa (128).

Конденсированные танины из Onobrychis viciifolia Scop., Lotus pedun-culatus Cav. и Lotus corniculatus L. ингибировали потребление корма нематодами Cooperia oncophora и Ostertagia ostertagi (129). Этанольные экстракты Ocimum gratissimum L., Gongronema latifolium Benth., Piper guineense Schumach. & Thonn. при концентрации 50 % вызывали 100 % гибель яйцеклеток в случае Taenia saginata и трофозоитов Giardia lamblia и 70 % гибель — для Faciola gigantic , Ascaris lumbricoides и Schistosama spp . Повышение концентрации до 75 % вело к полной гибели всех паразитов (130).

Аллицин был эффективно применен при лечении диареи новорожденных телят, вызванной Cryptosporidium parvum (131). Аналогичный эффект получили от применения луковиц Elephantor rhizaburkei L. и коры Xanthocercis zambesiaca (Baker) Dumaz-le-Grand (132, 133). Установлено также, что экстракты листьев и корней Asparagus falcatus (L.) Druce, Tagetes minuta L., Diospyro lycioides Desf. и Vernonia corymbosa Schwein. могут применяться для борьбы с клещами и гельминтами у КРС (134).

Что касается микробиома рубца жвачных in vitro и in vivo, то было показано, что у болотных буйволов (Bubalus bubalis), которых кормили концентратами и рисовой соломой с добавлением 100 г гол.-1 сут-1 порошка мангостина, не было выявлено различий с контролем по численности популяций Fibrobacter succinogenes и Ruminococcus albus, в то время как общая бактериальная масса значительно увеличивалась, а число Ruminococcus flave-faciens и метаногенов снижалось (135).

Напротив, у овец конденсированные танины из Arachis pintoi Krapov. & W.C.Gregory, Crotalaria juncea L., Cajanus cajan L., Leucaena leucocephala (Lam.) de Wit, Mucuna pruriens (L.) DC. и Mimosa caesalpiniifolia Benth. увеличивали популяцию метан-продуцирующих бактерий, снижая количество грибов Ruminococcus flavefaciens и Fibrobacter succinogenes (136). В другом эксперименте с использованием рубцовой жидкости коров голштинской породы было установлено, что экстракты Punica granatum L., Betula schmidtii Regel, Ginkgo biloba L., Camellia japonica L. и Cudrania tricuspidata L. с высокой долей флаваноидов увеличивали общую газопродукцию, одновременно снижая накопление метана соответственно на 47,6; 39,6; 46,7; 47,9 и 48,8 %. Популяции инфузорий Ruminoccocus albus и Ruminoccocus flavefaciens во всех группах были сокращены, а доля Fibrobacter succinogenes увеличивалась (137).

Эфирные масла душицы обыкновенной ( Origanum vulgare L.), содержащие тимол и карвакрол, а также чеснока ( Allium sativum L.) (аллилметил, диаллилсульфид, алкилдисульфид и диаллилтрисульфид) уменьшали число метаногенных архей (138, 139). Схожие результаты получены при изучении жидкой фракции, извлекаемой из скорлупы орехов кешью ( Anacardium occidentale L.), на тайском крупном рогатом скоте и болотных буйволах, показавшей потенциал к снижению производства метана соответственно на 53 и 73 % после 4 нед кормления. Также наблюдалось снижение доли простейших, увеличение представленности бактерий рода Prevotella и изменения в структуре метаногенных архей (140).

Добавление экстрактов Moringa oleifera Lam., Picrorhiza kurroa Royle ex Benth., Terminalia bellirica (Gaertn.) Roxb., Yucca schidigera Roezl ex Ortgies, чесночного, подсолнечного, кокосового, анисового масла, циннамальдегида (активный компонент масла корицы), эвгенола (активный компонент из бутона гвоздики), капсаицина (активный компонент из острого перца) в рацион жвачных также подавляло процессы дезаминирования и метаногенеза (141, 142).

Листья Ocimum sanctum L., корни Curcuma longa L., плоды Emblica officinalis L., листья Azadirachta indica A. Juss., молодые стебли Clerodendrum phlomidis L. f. снижали продукцию метана без каких-либо побочных эффектов для жвачных животных (143). P. Jain с соавт. (144) скармливали травяную смесь, содержащую Zingiber officinale Roscoe, Lepidium sativum L., Asparagus racemosus Willd., Anethum sowa L., Trigonella foenum L., Ptychotis ajowan D.C., Anacyclus pyrethrum L., Ficus religiosa L. и Myristica officinalis Houtt., лактирую-щим коровам, что привело к снижению эмиссии метана на 20 % (18,46 против 22,67 г/кг в контроле) и повышению общего содержания иммуноглобулинов в крови.

• R.    Garc i a-Gonz a lez с соавт. (145) показали снижение представленности целлюлозолитических бактерий при использовании эфирного масла тимьяна ( Thymus vulgaris L.) в системе рубца жвачных in vitro. Лемонграсс Cymbopogon schoenanthus (L.) Spreng., действующим веществом которого выступает цитраль, снижал активность бактерий, продуцирующих аммиак в рубце коз (146). Аналогичные результаты были получены на бычках мясного направления продуктивности, при этом добавление в рацион порошка лемонграсса в количестве 100 г гол. ^{- 1} сут ^{- 1} способствовало увеличению

количества жизнеспособных бактерий, амилолитических и целлюлозолитических бактерий, в то время как число простейших снижалось. Кроме того, эффективность микробного синтеза азота в рубце была повышена, а общее содержание летучих жирных кислот (ЛЖК) фактически не менялось (147). Добавление в рацион лактирующих коров ФБ («экстракт для жвачных животных») способствовало увеличению плотности популяции инфузорий на 15,4 % (148).

Механизм действия фитохимических веществ базируется в основном на двух аспектах: липофильности эфирных масел и малых размерах активных молекул, в связи с чем в первом случае они более эффективны в отношении грамположительных бактерий, во втором — грамотрицательных (149). Однако закономерно, что гетерогенный состав ФБ подразумевает наличие большого числа бактериальных клеточных мишеней, а не одного конкретного пути (150-152). Часть из них дестабилизирует и изменяет проницаемость бактериальных мембран (153-155), что ведет к утечке ионов, флуктуациям протонного градиента и истощению внутриклеточных запасов АТФ (156-158), другие ингибируют кворум-сенсинг (QI) (159), третьи действуют на отдельные метаболические пути и ферментативные реакции (160). Некоторые ФБ могут вызывать коагуляцию цитоплазматического материала, причем влияют не только на бактерии, но и ослабляют рост грибов, простейших и вирусов (161).

Так, лимонен вызывал деструкцию клеточной стенки, снижал мембранный потенциал и дыхательную активность у Staphylococcus aureus , ингибируя ферменты сукцинатдегидрогеназу, малатдегидрогеназу, пируватки-назу и АТФазу (162). Гераниол уменьшал пролиферацию дизентерийных Shigella sonnei внутри клеток хозяина, конкурентно снижая каталитическую активность главного регулятора вирулентности (DsbA, или тиолдисульфи-доксидоредуктазы) и периплазматической оксидоредуктазы дисульфидной связи, необходимой для выживания шигелл (163).

Нобилетин и тангеретин были эффективны в отношении Pseudomonas fluorescens и Pseudomonas aeruginosa in vitro, вызывая клеточный плазмолиз, снижение активности сукцинатдегидрогеназы и малатдегидрогеназы, синтеза белков в бактериальных клетках (164). Кумарин и его производные показали способность связываться с В-субъединицей ДНК-гиразы у бактерий и ингибировать суперспирализацию ДНК, блокируя активность АТФазы, что вело в итоге к гибели клеток (165).

В другом исследовании масло мяты перечной ( Mentha piperita L.), основным действующим компонентом которой выступает ментол, показало выраженную анти-(кворум-сенсинг)-активность на биосенсоре Chromobacterium violaceum CVO26, оно же в субминимальных ингибирующих концентрациях влияло на факторы вирулентности, регулируемые лактоном ацилгомосерина, и образование биопленки у Pseudomonas aeruginosa и Aeromonas hydrophila (166). Кверцетин ингибировал развитие биопленки у Enterococcus faecalis , Staphylococcus aureus , Streptococcus mutans , Escherichia coli и Pseudomonas aeruginosa , подавляя бактериальную адгезию, пути восприятия кворума и разрушая или изменяя плазматическую мембрану, нарушая работу ионных насосов и синтез нуклеиновых кислот (167).

Некоторые компоненты ФБ (например, альдегиды) могут также вызывать микробную инактивацию посредством прямого взаимодействия с нуклеиновыми кислотами и белками (149). Фенольные соединения, такие как карвакрол, эвгенол и тимол, взаимодействуют с мембранными транспортерами и ферментами, что сопровождается сильным антимикробным действием (150).

Таким образом, ФБ способны в достаточной степени воздействовать на экосистему рубца, меняя структурное соотношение и численность отдельных таксонов. Последнее ведет к ингибированию процессов дезаминирования и метаногенеза, что снижает содержание аммиачного азота, метана и ацетата, смещая баланс в сторону пропионата и бутирата (168). In situ ФБ положительно влияют на белковый обмен, выработку ЛЖК и переваривание клетчатки (138).

Противоречивость данных, полученных в некоторых случаях in vivo, можно объяснить различиями в наборе действующих веществ в тех или иных экстрактах, pH среды, особенностях взаимоотношений между компонентами рациона, общем таксономическом профиле микроорганизмов, дозировках ФБ и механизмах действия (169, 170). Ввиду этого использование ФБ может быть полезным только при определенных условиях и производственных системах. В частности, капсаицин оказывает небольшое влияние на эффективность использования грубых кормов, в то время как изменения, наблюдаемые при диете с высоким содержанием концентратов (увеличение потребления сухого вещества и общего количества ЛЖК, а также снижение соотношения ацетатпропионата и концентрации аммиака), весьма существенны. Поскольку ФБ действуют на разных уровнях расщепления углеводов и белков, их тщательный отбор и комбинирование могут стать полезным инструментом для эффективного управления микробной ферментацией в рубце. Тем не менее необходимы дополнительные исследования, чтобы установить оптимальную дозу in vivo в единицах активного компонента, рассмотреть потенциальную адаптацию микробных популяций к ФБ, изучить наличие остатков в продуктах (молоке или мясе) и продемонстрировать улучшения продуктивности животных (168).

Фитобиотики как ароматические аттрактанты — эффекторы секреции пищеварительных соков, усвояемости питательных веществ и продуктивности. Помимо противодействия патогенам, ФБ положительно влияют на процессы пищеварения и морфофункциональные характеристики слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта, стимулируют выработку эндогенных ферментов (171), поддерживают микрофлору в оптимальном состоянии, в совокупности улучшая переваримость и усвоение питательных веществ. Многие ФБ служат природными ароматизаторами, стимулирующими потребление корма (172, 173). Более полное и эффективное всасывание в тонком кишечнике приводит к уменьшению потерь ценных нутриентов, а в толстом кишечнике снижается риск развития нежелательной микрофлоры (119).

ФБ выступают как модификаторы рубцового пищеварения у КРС, повышая степень утилизации белка и энергии из корма без снижения его потребления, что сопровождается более быстрым приростом массы (174). Сообщалось, что лемонграсс и мята перечная улучшают производственные показатели мясного и молочного скота (175).

В то же время такие органические кислоты, как малат, фумарат и аспартат, подобно ионофорным антибиотикам улучшают ферментацию и стабилизируют pH содержимого рубца даже после потребления кормов, богатых углеводами. Помимо буферного эффекта, органические кислоты в рубце повышают энергетическую эффективность и переваримость сырого протеина, усвояемость Ca и P за счет снижения выработки метана и уменьшения количества вредных бактерий на стенках кишечника (176).

Недавние исследования, проведенные на телятах голштино-фриз-ской породы, показали, что смесь эфирных масел из Rosmarinus officinalis L., Zataria multiflora Boiss и Mentha pulegium L., а также эфирное масло орегано (Origanum vulgare L.) положительно влияют на показатели роста и состояние здоровья животных (177). Аналогично у коров, получавших травяные смеси, богатые ФБ, снижалось число соматических клеток в молоке и повышались продуктивность, потребление корма и образование пропионата в рубце (178).

Телята, получавшие в качестве кормовой добавки смесь ФБ с пробиотиком Lactobacillus , имели б о льшую массу тела на 28-е и 56-е сут по сравнению с контролем. Увеличились среднесуточный прирост и потребление сухого вещества, общее количество летучих жирных кислот, число бактерий и простейших в рубце, концентрация инсулиноподобного фактора роста-I и β -гидроксибутирата в крови; показатели по диарее были в 2 раза ниже. Кроме того, животные имели более низкое число ооцист/цист паразитов на 1 г фекалий (179).

В.П. Короткий с соавт. (180) в условиях экстремально высоких температур в летний период на юге России установили, что скармливание хвойной энергетической добавки коровам за 15 сут до отела и в течение первых 30 сут лактации в дозе 150, 200 и 300 г/гол. способствует повышению молочной продуктивности на 2,8-11,8 %, жирности молока — на 2,9-13,2 %, молочного белка — на 3,3-11,2 % при снижении числа соматических клеток в молоке на 1,9-8,0 %. В итоге уровень рентабельности производства молока повышается на 2,0-12,3 % (180). При этом одним из самых ценных экстрактивных соединений хвои пихты ( Abies alba Mill.) считаются полипренолы — вещества, используемые при лечении различных нарушений баланса в иммунной системе. Полипренолы способствует более полному усвоению бел-ково-углеводно-липидного комплекса корма и увеличивают прирост живой массы (181).

При скармливании лактирующим коровам комплексного растительного концентрата (листья облепихи) с пробиотиком на основе Bacillus subtilis выявлено положительное влияние на молочную продуктивность при уменьшении затрат кормов на единицу продукции (182). A. Belanche с соавт. (183) сообщили, что применение смеси эфирных масел (Agolin Ruminant) через 4 нед увеличивало удои молока на 3,6 % по сравнению с контрольной группой. Также наблюдалось изменение содержания жира и белка в молоке (+4,1 %) и конверсии корма (+4,4 %). При этом снизилось потребление сухого вещества ( - 12,9 %) и производство метана ( - 8,8 %).

Антиоксидантные, противовоспалительные, иммуностимулирующие и некоторые другие свойства фитобиотиков. Многие травы, специи, эфирные масла и их компоненты обладают хорошо выраженной антиоксидантной активностью по удалению свободных радикалов. Они могут ингибировать перекисное окисление мембранных липидов, хелатировать металлы и стимулировать выработку антиоксидантных ферментов (168).

Установлено, что флавоноиды предотвращают перекисное окисление липидов низкой плотности и, как следствие, образование атеросклеротических бляшек, развитие нейродегенеративных заболеваний и ишемии (184, 185). Кроме того, они стимулируют активность ферментов, участвующих в детоксикации, тормозят воспаление и процессы старения (186). Много антиоксидантных компонентов содержит зеленый чай Camellia sinensis (L.) Kuntze и другие китайские травы, а также черный ( Piper nigrum L.) и красный перец ( Capsicum annuum L.), однако из-за сильного вкуса и аромата применение последних в животноводстве ограничено (187, 188).

Экстракты куркумы, красного и черного перца, тмина, гвоздики, мускатного ореха, корицы, мяты и имбиря за счет большого количества терпеноидов и фенольных соединений обладают выраженным противовоспалительным эффектом, подавляя синтез простагландинов (189). В частности, масло чайного дерева и его активный компонент терпинен-4-ол повышали 232

эффективность лечения мастита КРС за счет усиления экспрессии противовоспалительных цитокинов (190). Наиболее известные травы и специи, обладающие подобным потенциалом, — это ромашка ( Matricaria recutita L.), календула ( Calendula officinalis L.), лакрица ( Glycyrrhiza glabra L.) и анис ( Pimpinella anisum L.) (171).

Фитобиотические добавки, травы и специи, богатые флавоноидами, витамином С и каротиноидами, повышают иммунитет животных, модулируя секрецию цитокинов, иммуноглобулинов и гистамина, экспрессию клеточных ко-рецепторов, активность лимфоцитов и фагоцитоз (191, 192). Растения, обладающие иммуностимулирующими свойствами, например эхинацея Echinacea purpurea L., лакрица Glycyrrhiza glabra L., чеснок Allium sativum L. и кошачий коготь Uncaria tomentosa (Willd. ½ Schult.) DC., повышают активность лимфоцитов, макрофагов и NK-клеток, тем самым усиливая фагоцитоз и стимулируя синтез интерферона (171). Куркумин присутствующий в Curcuma longa L., модулирует опосредованные лимфоцитами иммунные функции посредством увеличения числа мукозальных CD4+ Т-и В-клеток (193).

• S.    Lavinia с соавт. (194) показали, что эфирные масла, извлеченные из лекарственных растений, улучшают иммунный ответ, а также способны вызывать изменения слизистой оболочки 12-перстной кишки, благотворно воздействуя на животное. В других исследованиях были продемонстрированы антиоксидантные, противовоспалительные, гипогликемические, противоопухолевые и противомикробные свойства диферулоилметана — еще одного полифенола, выделенного из корневищ куркумы (195).

Некоторые вторичные метаболиты могут регулировать продукцию гормонов яичниками, что используется при лечении бесплодия (196). Кора и листья бамбука ( Bambusa vulgaris Schrad. ex J.C.Wendl.), бенгальский фикус ( Ficus benghalensis L.), корни хлопчатника (род Gossypium ), лагенария обыкновенная ( Lagenaria siceraria (Molina) Standl.), мимоза ( Mimosa pudica L.) используются для лечения задержки плаценты у животных. Тимьян ( Thymus serpyllum L.), звездчатка ( Stellaria graminea L.) также обладают свойствами эвакуировать задержанную плаценту и используются при метрите (197). Выявлено, что комбинация Murraya koenigii (L.) Spreng и Aegle marmelos (L.) Corrкa может вызвать эструс, овуляцию и восстановить плодовитость у буйволиц после родов (198). Включение кверцетина в рацион улучшает качество спермы буйволов по подвижности спермиев, целостности плазматической мембраны, акросомы и ДНК (199). Asparagus racemosus Willd. повышает продукцию молока, воспроизводительную способность молочных животных, предотвращает инфекцию вымени и репродуктивных органов коров (200).

Внедрение в производство и ограничения. Накопленные по ФБ данные побуждают многих производителей к созданию собственных коммерческих марок ФБ. Широко известны такие российские фитобиоти-ческие добавки, как L-аргинин Про (ЗАО «Эвалар», Россия) на основе биоактивного хвойного экстракта древесной зелени сосны обыкновенной; Лак-тофит (Волгоградский НИТИ мясо-молочного скотоводства и переработки продукции животноводства РАСХН, Россия) — комплекс биологически активных веществ топинамбура, свеклы, моркови, тыквы, расторопши, нута с концентратом лактулозы и яблочной кислотой; Интебио, или Микс-Ойл (ООО «Биотроф», Россия) — смесь натуральных эфирных масел с антимикробной активностью, антиоксидантным действием и противовоспалительным эффектом. Из зарубежной продукции следует выделить препарат

Liptosa Premix Expert («Lipidos Toledo, S.A.», Испания), включающий экстракты корицы, гвоздики, душицы и чеснока; Метс Плюс (ООО «Левет-Агро», Республика Беларусь), разработанный в качестве альтернативы синтетическому метионину; Biostrong® 510 («Delacon Biotechnik GmbH», Австрия) на основе ароматических веществ, анисовой и глюкуроновой кислот, сапонинов, тимола, борнеола, карвакрола, стимулирующих биокаталитиче-ские процессы в пищеварительном тракте; Digestarom® 1317 («Micro-Plus Konzentrate GmbH», Германия) — комбинацию специй, растительных экстрактов и их эфирных масел, комплексно влияющих на аппетит животных и птицы; Sangrovit® WS («Phytobiotics Futterzusatzstoffe GmbH», Германия), основное действующее вещество которого извлекают из маклейи сердцевидной ( Macleya cordata Willd.); Liv 52 Vet («The Himalaya Drug Company», Индия), изготовленный из порошков различных лекарственных трав (каперс колючий, цикорий обыкновенный, паслен черный, терминалия аржуна, кассия западная, тысячелистник обыкновенный, тамариск галльский) и экстрактов из смеси растительного сырья (11).

Однако, анализируя возможности применения ФБ, следует отметить, что из-за сложного состава их комплексные токсикологические исследования и оценка безопасности затруднены, особенно если учесть, что состав ФБ варьирует в зависимости от разнообразных биологических факторов, включая не только вид растений, но и используемую его часть (корень, стебель, лист), генетическую вариацию, возраст, место произрастания, условия сбора и хранения урожая, способы экстракции, дистилляции и стабилизации (201, 202). Например, эфирные масла, полученные после летнего сбора сразу после цветения, проявляют наибольшую антимикробную активность (203, 204).

Кроме того, на положительный эффект фитобиотиков может влиять состав рациона, условия окружающей среды, а также наличие тех или иных инфекционных заболеваний (205, 206). При этом сложные смеси, включающие несколько активных компонентов, обладают более выраженными ценными свойствами, что связано с множественным действием на организм (207). Поэтому крайне необходима идентификация биологически активных компонентов ФБ и количественная оценка их влияния на эффективность конверсии корма (144, 182, 183), эмиссию метана, улучшение физиологических, продуктивных показателей и состояния здоровья животных (208210), а также дополнительные исследования механизмов действия и совместимости этой разнообразной группы биологически активных соединений с рационом с учетом физиологических констант организма.

Итак, всестороннее изучение свойств растений, содержащих фитобиотики, использование современных технологий для получения и стандартизации этих компонентов, их экспериментальная и производственная апробация позволяют широко применять растительные экстракты в кормлении животных в качестве биологически активных добавок последнего поколения на основе сырья естественного происхождения. В условиях интенсивных технологий животноводства фитобиотики нивелируют снижение иммунного и антиоксидантного статуса животных, обеспечивают повышение всех видов продуктивности за счет улучшения потребления, переваримости, усвояемости кормов, нормализации кишечной микрофлоры и гомеостаза в целом. При этом они не только подавляют патогены, но и повышают собственную резистентность животного, а также улучшают вкусовые качества кормов, что позволяют проводить профилактику заболеваний без отрицательных последствий для организма, повышать скорость прироста живой массы и эффективность использования корма.