Метагеномный анализ микробиома кишечника и биохимический состав мяса бройлеров при использовании растительного экстракта Quercus cortex в рационах

Автор: Багиров В.А., Ушаков А.С., Дускаев Г.К., Кван О.В., Рахматулин Ш.Г., Яушева Е.В., Вершинина И.А.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Микробиомы

Статья в выпуске: 4 т.55, 2020 года.

Бесплатный доступ

На сегодняшний день использование антибиотиков в ветеринарии, а также в качестве стимуляторов роста в животноводстве считается основной причиной развития устойчивости бактерий к антибиотикам. Водные экстракты растительного происхождения могут обеспечить новые простые подходы к борьбе с патогенными бактериями. В этой связи ведется активный поиск естественных альтернативных источников противомикробных препаратов. Дикие растения считаются практически неограниченным источником фитохимических веществ. Кроме того, водные экстракты растительного происхождения могут обеспечить новые простые подходы к борьбе с патогенными бактериями. Высказываются предположения, что увеличение показателей роста бройлеров после добавления биоактивных веществ растительного происхождения может быть связано с улучшением микробного состава кишечника и метаболической функции. Для других растительных веществ характерно улучшение профиля ненасыщенных жирных кислот и аминокислот в мясе. Таким образом, чтобы получить более полную картину потенциального использования растительных экстрактов для профилактики или борьбы с бактериальными инфекциями, необходимо оценить активность растительных экстрактов в отношении микробиома кишечника сельскохозяйственных животных и птицы и качества получаемой продукции. Мы изучили влияние танинсодержащего экстракта коры дуба (Quercus cortex) на биохимический состав мяса цыплят-бройлеров и микробиом кишечника. Исследования проводили в Центре коллективного пользования научным оборудованием ФНЦ биологических систем и агротехнологий РАН (г. Оренбург) на цыплятах-бройлерах кроссам Смена 8 в 2019 году. Для экспериментов сформировали четыре группы 7-суточных цыплят (по n = 30, всего 120 особей). Контрольная группа получала основной рацион (ОР); I опытная - ОР + экстракт Quercus cortex (1 мл/кг живой массы); II опытная - ОР + экстракт Quercus cortex (2 мл/кг живой массы); III опытная - ОР + экстракт Quercus cortex (3 мл/кг живой массы). Анализ химического состава мяса цыплят-бройлеров показал, что включение в рацион птицы экстракта коры дуба в дозе 1 мл/кг живой массы способствует улучшению качества мяса за счет большего содержания влаги, сырого протеина и золы с одновременным уменьшением количества сырого жира (на 27,3 %, р ≤ 0,01). Добавление экстракта коры дуба в рацион приводило к повышению содержания незаменимых аминокислот в мясе: по лизину - на 1,63-3,43 % (р ≤ 0,01), по лейцину-изолейцину - на 2,20-5,00 % (р ≤ 0,05), метионину - на 0,55-1,93 % (р ≤ 0,05), валину - на 1,06-1,95 % (р ≤ 0,05), фенилаланину (I и II группа) - на 0,45 % и 1,14 % (р ≤ 0,05), треонину (I и II группа) - на 1,07 % (р ≤ 0,05) и 1,82 % (р ≤ 0,01). Количество заменимых аминокислот в грудных мышцах цыплят-бройлеров относительно контроля также возрастало, причем максимальный рост показателя отмечали в группе с дозировкой экстракта коры дуба 2 мл/кг живой массы. В грудных мышцах цыплят-бройлеров из I и III групп активнее, чем контроле, аккумулировались ненасыщенные жирные кислоты (в частности, содержание пальмитолеиновой было соответственно на 1,0 и 0,7 % больше; р ≤ 0,05). Эксперименты также показали, что дополнительное скармливание птице экстракта Quercus cortex (использованные рационы характеризовались различным содержанием танинсодержащих веществ) оказывает непосредственное воздействие на состав микрофлоры кишечника (в частности, на его слепой отдел). В первую очередь это влияние проявилось в отношении филумов Firmicutes и Bacteroidetes , что указывает на возможные изменения в обменных процессах у цыплят-бройлеров, например в резорбции энергии и деградации белков и полисахаридов . Численность бактерий филума Bacteroidetes повышалась в I и III группах в 3,96 и 2,10 раза относительно контроля (р ≤ 0,05), тогда как во II группе этих бактерий не обнаружили. Число представителей филума Firmicutes уменьшалось в 3,60 и 1,47 раза в I и III группах относительно контроля (р £ 0,05), но увеличивалось в 1,26 раза - во II группе (р ≤ 0,05). Таким образом, интенсификация процессов пищеварения в кишечнике бройлеров при применении экстракта коры дуба в дозировке 1-3 мл/кг живой массы в качестве биологически активной добавки к рациону приводила к повышению содержание аминокислот и ненасыщенных жирных кислот в тушках, что улучшает их потребительские качества.

Еще

Микробиом, цыплята-бройлеры, экстракт коры дуба, жирнокислотный состав, аминокислотный состав

Короткий адрес: https://sciup.org/142226327

IDR: 142226327   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2020.4.682rus

Список литературы Метагеномный анализ микробиома кишечника и биохимический состав мяса бройлеров при использовании растительного экстракта Quercus cortex в рационах

  • Abiala M., Olayiwola J., Babatunde O., Aiyelaagbe O., Akinyemi S. Evaluation of therapeutic potentials of plant extracts against poultry bacteria threatening public health. BMC complementary and alternative medicine, 2016, 16: 417 ( ). DOI: 10.1186/s12906-016-1399-z
  • Ali S.M., Siddiqui R., Khan N.A. Antimicrobial discovery from natural and unusual sources. Journal of Pharmacy and Pharmacology, 2018, 70(10): 1287-1300 ( ). DOI: 10.1111/jphp.12976
  • Al-Tohamy R., Ali S.S., Saad-Allah K., Fareed M., Ali A., El-Badry A., El-Zawawyb N. A., Wua J., Suna J., Maof G., Rupani P.F. Phytochemical analysis and assessment of antioxidant and antimicrobial activities of some medicinal plant species from Egyptian flora. Journal of Applied Biomedicine, 2018, 16(4): 289-300 ( ). DOI: 10.1016/j.jab.2018.08.001
  • Santos S.A., Martins C., Pereira C., Silvestre A.J., Rocha S.M. Current challenges and perspectives for the use of aqueous plant extracts in the management of bacterial infections: the case-study of Salmonella enterica Serovars. Int. J. Mol. Sci., 2019, 20(4): 940 ( ). DOI: 10.3390/ijms20040940
  • Suurbaar J., Mosobil R., Donkor A.M. Antibacterial and antifungal activities and phytochemical profile of leaf extract from different extractants of Ricinus communis against selected pathogens. BMC Res. Notes, 2017, 10(1): 660 ( ). DOI: 10.1186/s13104-017-3001-2
  • Zhu N., Wang J., Yu L., Zhang Q., Chen K., Liu B. Modulation of growth performance and intestinal microbiota in chickens fed plant extracts or virginiamycin. Front. Microbiol., 2019, 10: 1333 ( ).
  • DOI: 10.3389/fmicb.2019.01333
  • Diaz Carrasco J.M., Redondo L.M., Redondo E.A., Dominguez J.E., Chacana A.P., Fernandez Miyakawa M.E. Use of plant extracts as an effective manner to control Clostridium perfringens induced necrotic enteritis in poultry. BioMed Research International, 2016, 2016: 3278359 ( ).
  • DOI: 10.1155/2016/3278359
  • Ezzat H.N., Abood S.S., Jawad H.S. A review on the effects of neem (Azadirachta indica) as feed additive in poultry production. Jornal of Entomology and Zoology Studies, 2018, 6(1): 1331-1333.
  • Oyeagu C.E., Mlambo V., Muchenje V., Marume U. Effect of dietary supplementation of aspergillus xylanase on broiler chickens performance. Iranian Journal o Applied Animal Science, 2019, 9(4): 693-708.
  • Kishawy A.T., Amer S.A., El-Hack M.E., Saadeldin I.M., Swelum A.A. The impact of dietary linseed oil and pomegranate peel extract on broiler growth, carcass traits, serum lipid profile, and meat fatty acid, phenol, and flavonoid contents. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 2019, 32(8): 1161-1171 ( ).
  • DOI: 10.5713/ajas.18.0522
  • Mpofu D., Marume U., Mlambo V., Hugo A. The effects of Lippia javanica dietary inclusion on growth performance, carcass characteristics and fatty acid profiles of broiler chickens. Animal Nutrition, 2016, 2(3): 160-167 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.aninu.2016.05.003
  • Díaz Carrasco J.M., Redondo E.A., Pin Viso N.D., Redondo L.M., Farber M.D., Fernández Miyakawa M.E. Tannins and bacitracin differentially modulate gut microbiota of broiler chickens. BioMed Research International, 2018, 2018: 1879168 ( ).
  • DOI: 10.1155/2018/1879168
  • Tosi G., Massi P., Antongiovanni M., Buccioni A., Minieri S., Marenchino L., Mele M. Efficacy test of a hydrolysable tannin extract against necrotic enteritis in challenged broiler chickens. Italian Journal of Animal Science, 2013, 12: e62 ( ).
  • DOI: 10.4081/ijas.2013.e62
  • Shokraneh M., Ghalamkari G., Toghyani M., Landy N. Influence of drinking water containing Aloe vera (Aloe barbadensis Miller) gel on growth performance, intestinal microflora, and humoral immune responses of broilers. Veterinary World, 2016, 9(11): 1197-1203 ( ).
  • DOI: 10.14202/vetworld.2016.1197-1203
  • Starčević K., Krstulović L., Brozić D., Maurić M., Stojević Z., Mikulec Ž., Mikulec M., Bajic M., Mašek T. Production performance, meat composition and oxidative susceptibility in broiler chicken fed with different phenolic compounds. J. Sci. Food Agric., 2015, 95(6): 1172-1178 ( ).
  • DOI: 10.1002/jsfa.6805
  • Bourre J.M. Where to find omega-3 fatty acids and how feeding animals with diet enriched in omega-3 fatty acids to increase nutritional value of derived products for human: what is actually useful. J. Nutr. Health Aging, 2005, 9(4): 232-242.
  • Karimi A., Moradi M.T. Total phenolic compounds and in vitro antioxidant potential of crude methanol extract and the correspond fractions of Quercus brantii L. acorn. Journal of HerbMed Pharmacology, 2015, 4(1): 35-39.
  • Gessner D.K., Ringseis R., Eder K. Potential of plant polyphenols to combat oxidative stress and inflammatory processes in farm animals. J. Anim. Physiol. Anim. Nutr., 2017, 101(4): 605-628 ( ).
  • DOI: 10.1111/jpn.12579
  • Mondal S., Haldar S., Saha P., Ghosh T.K. Metabolism and tissue distribution of trace elements in broiler chickens' fed diets containing deficient and plethoric levels of copper, manganese, and zinc. Biol. Trace Elem. Res., 2010, 137(2): 190-205 ( ).
  • DOI: 10.1007/s12011-009-8570-z
  • Schiavone A., Guo K., Tassone S., Gasco L., Hernandez E., Denti R., Zoccarato I. Effects of a natural extract of chestnut wood on digestibility, performance traits, and nitrogen balance of broiler chicks. Poultry Science, 2008, 87(3): 521-527 ( ).
  • DOI: 10.3382/ps.2007-00113
  • Tonsor G.T., Wolf C.A. US farm animal welfare: an economic perspective. Animals, 2019, 9(6): 367 ( ).
  • DOI: 10.3390/ani9060367
  • Wilson R.T. Domestic livestock in African cities: production, problems and prospects. Open Urban Studies and Demography Journal, 2018, 4(1): 1-14 ( ).
  • DOI: 10.2174/2352631901804010001
  • Nkukwana T.T. Global poultry production: current impact and future outlook on the South African poultry industry. South African Journal of Animal Science, 2018, 48(5): 869-884 ( ).
  • DOI: 10.4314/sajas.v48i5.7
  • Mancabelli L., Ferrario C., Milani C., Mangifesta M., Turroni F., Duranti S., Ventura M. Insights into the biodiversity of the gut microbiota of broiler chickens. Environmental Microbiology, 2016, 18(12): 4727-4738 ( ).
  • DOI: 10.1111/1462-2920.13363
  • Duskaev G.K., Rakhmatullin S.G., Kazachkova N.M., Sheida Y.V. Mikolaychik I.N., Morozova L.A., Galiev B.H. Effect of the combined action of Quercus cortex extract and probiotic substances on the immunity and productivity of broiler chickens. Veterinary World, 2018, 11(10): 1416-1422 ( ).
  • DOI: 10.14202/vetworld.2018.1416-1422
  • Meehan C.J., Beiko R.G. A phylogenomic view of ecological specialization in the Lachnospiraceae, a family of digestive tract-associated bacteria. Genome Biology and Evolution, 2014, 6: 703-713 ( ).
  • DOI: 10.1093/gbe/evu050
  • Bagirov V.A., Duskaev G.K., Kazachkova N.M., Rakhmatullin S.G., Yausheva E.V., Kosyan D.B., Makaev S.A., Dusaeva K.B. Addition of Quercus cortex extract to broiler diet changes slaughter indicators and biochemical composition of muscle tissue. Agricultural Biology, 2018, 53(4): 799-810 ( ).
  • DOI: 10.15389/agrobiology.2018.4.799eng
  • Wang J., Wang X., Li J., Chen Y., Yang W., Zhang L. Effects of dietary coconut oil as a medium-chain fatty acid source on performance, carcass composition and serum lipids in male broilers. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 2015, 28(2): 223-230 ( ).
  • DOI: 10.5713/ajas.14.0328
  • Jamroz D., Orda J., Kamel C., Wiliczkiewicz A., Wertelecki T., Skorupinska J. The influence of phytogenic extracts on performance, nutrient digestibility, carcass characteristics, and gut microbial status in broiler chickens. Journal of Animal and Feed Sciences, 2003, 12(3): 583-596 ( ).
  • DOI: 10.22358/jafs/67752/2003
  • Tvrzicka E., Kremmyda L.S., Stankova B., Zak, A. Fatty acids as biocompounds: their role in human metabolism, health and disease-a review. Part 1: classification, dietary sources and biological functions. Biomedical Papers of the Medical Faculty of Palacky University in Olomouc, 2011, 155(2): 117-130 ( ).
  • DOI: 10.5507/bp.2011.038
  • Ahmed S.T., Islam M.M., Bostami A.R., Mun H.S., Kim Y.J., Yang C.J. Meat composition, fatty acid profile and oxidative stability of meat from broilers supplemented with pomegranate (Punica granatum L.) by-products. Food Chemistry, 2015, 188: 481-488 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.foodchem.2015.04.140
  • Ran C., Hu J., Liu W., Liu Z., He S., Dan B.C., Diem N.N., Ooi E.L., Zhou Z. Thymol and carvacrol affect hybrid tilapia through the combination of direct stimulation and an intestinal microbiota-mediated effect: insights from a germ-free zebrafish model. The Journal of Nutrition, 2016, 146(5): 1132-1140 ( ).
  • DOI: 10.3945/jn.115.229377
  • Chen W.L., Tang S.G., Jahromi M.F., Candyrine S.C., Idrus Z., Abdullah N., Liang J.B. Metagenomics analysis reveals significant modulation of cecal microbiota of broilers fed palm kernel expeller diets. Poultry Science, 2019, 98(1): 56-68 ( ).
  • DOI: 10.3382/ps/pey366
  • Xiao Y., Xiang Y., Zhou W., Chen J., Li K., Yang, H. Microbial community mapping in intestinal tract of broiler chicken. Poultry Science, 2017, 96(5): 1387-1393 ( ).
  • DOI: 10.3382/ps/pew372
  • Singh K., Shah T., Deshpande S., Jakhesara S., Koringa P., Rank D. High through put 16S rRNA gene-based pyrosequencing analysis of the fecal microbiota of high FCR and low FCR broiler growers. Molecular Biology Reports, 2012, 39: 10595-10602 ( ).
  • DOI: 10.1007/s11033-012-1947-7
  • Viveros A., Chamorro S., Pizarro M., Arija I., Centeno C., Brenes A. Effects of dietary polyphenol-rich grape products on intestinal microflora and gut morphology in broiler chicks. Poultry Science, 2011; 90(3): 566-578 ( ).
  • DOI: 10.3382/ps.2010-00889
  • Molnar A.K., Podmaniczky B., Kurti P., Tenk I., Glavits R., Virag G., Szabo Z. Effect of different concentrations of Bacillus subtilis on growth performance, carcase quality, gut microflora and immune response of broiler chickens. British Poultry Science, 2011, 52: 658-665 ( ).
  • DOI: 10.1080/00071668.2011.636029
  • Wexler H.M. Bacteroides: the good, the bad, and the Nitty-Gritty. Clinical Microbiology Reviews, 2007, 20: 593-621 ( ).
  • DOI: 10.1128/CMR.00008-07
  • Klindworth A., Pruesse E., Schweer T., Peplies J., Quast C., Horn M., Glöckner F. Evaluation of general 16S ribosomal RNA gene PCR primers for classical and next-generation sequencing-based diversity studies. Nucleic Acids Research, 2013, 41(1): 1-11
  • DOI: 10.1093/nar/gks808
  • Fisinin V.I., Ushakov A.S., Duskaev G.K., Kazachkova N.M., Nurzhanov B.S., Rakhmatullin S.G., Levakhin G.I. Mixtures of biologically active substances of oak bark extracts change immunological and productive indicators of broilers. Agricultural Biology, 2018, 53(2): 385-392 ( ).
  • DOI: 10.15389/agrobiology.2018.2.385eng
  • Wagle B.R., Upadhyay A., Arsi K., Shrestha S., Venkitanarayanan K., Donoghue A.M., Donoghue D.J. Application of β-resorcylic acid as potential antimicrobial feed additive to reduce Campylobacter colonization in broiler chickens. Frontiers in Microbiology, 2017, 8: 599 ( ).
  • DOI: 10.3389/fmicb.2017.00599
  • Olnood C.G., Beski S.S., Choct M., Iji P.A. Novel probiotics: their effects on growth performance, gut development, microbial community and activity of broiler chickens. Animal Nutrition, 2015, 1(3): 184-191 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.aninu.2015.07.003
  • Hartmann M., Berditsch M., Hawecker J., Ardakani M.F., Gerthsen D., Ulrich A.S. Damage of the bacterial cell envelope by antimicrobial peptides gramicidin S and PGLa as revealed by transmission and scanning electron microscopy. Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 2010, 54: 3132-3142 ( ).
  • DOI: 10.1128/AAC.00124-10
  • Li Y., Xu Q., Huang Z., Lv L., Liu X., Yin C., Yuan J. Effect of Bacillus subtilis CGMCC 1.1086 on the growth performance and intestinal microbiota of broilers. Journal of Applied Microbiology, 2016, 120(1): 195-204 ( ).
  • DOI: 10.1111/jam.12972
  • Deryabin D., Tolmacheva A. Antibacterial and anti-quorum sensing molecular composition derived from Quercus cortex (Oak bark) extract. Molecules, 2015, 20(9): 17093-17108 ( ).
  • DOI: 10.3390/molecules200917093
  • Cushnie T.P.T., Lamb A.J. Recent advances in understanding the antibacterial properties of flavonoids. International Journal of Antimicrobial Agents, 2011, 38(2): 99-107 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.ijantimicag.2011.02.014
  • Manzanilla E.G., Perez J.F., Martin M., Kamel C., Baucells F., Gasa J. Effect of plant extracts and formic acid on the intestinal equilibrium of early-weaned pigs. Journal of Animal Science, 2004, 82(11): 3210-3218 ( ).
  • DOI: 10.2527/2004.82113210x
  • Wei H., Chen G., Wang R., Peng, J. Oregano essential oil decreased susceptibility to oxidative stress-induced dysfunction of intestinal epithelial barrier in rats. Journal of Functional Foods, 2015, 18: 1191-1199 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.jff.2015.02.035
  • Mansoori B., Acamovic T. The effect of tannic acid on the excretion of endogenous methionine, histidine and lysine with broilers. Animal Feed Science and Technology, 2007, 134(3-4): 198-210 ( ).
  • DOI: 10.1016/j.anifeedsci.2006.07.00
  • Kreydiyyeh S.I. Inhibitors in tea of intestinal absorption of phenylalanine in rats. Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Pharmacology, Toxicology and Endocrinology, 1996, 113(1): 67-71 (
  • DOI: 10.1016/0742-8413(95)02034-9)
  • Koreleski J., Swiatkiewicz S. Dietary supplementation with plant extracts, xantophylls and synthetic antioxidants: effect on fatty acid profile and oxidative stability of frozen stored chicken breast meat. Journal of Animal and Feed Sciences, 2007, 16(3): 463-471 ( ).
  • DOI: 10.22358/jafs/66802/2007
  • Wang Y., Dong Z., Song D., Zhou H., Wang W., Miao H., Li. A. Effects of microencapsulated probiotics and prebiotics on growth performance, antioxidative abilities, immune functions, and caecal microflora in broiler chickens. Food and Agricultural Immunology, 2018, 29(1): 859-869 ( ).
  • DOI: 10.1080/09540105.2018.1463972
  • Cui Y.M., Wang J., Lu W., Zhang H.J., Wu S.G., Qi G.H. Effect of dietary supplementation with Moringa oleifera leaf on performance, meat quality, and oxidative stability of meat in broilers. Poultry Science, 2018, 97(8): 2836-2844 ( ).
  • DOI: 10.3382/ps/pey122
  • Kumar P., Patra A.K., Mandal G.P., Debnath B.C. Carcass characteristics, chemical and fatty acid composition and oxidative stability of meat from broiler chickens fed black cumin (Nigella sativa) seeds. J. Anim. Physiol. Anim. Nutr., 2018, 102(3): 769-779 ( ).
  • DOI: 10.1111/jpn.12880
  • Ubua J.A., Ozung P.O., Inagu P.G., Aboluja B.A. Blood characteristics of broiler chickens as influenced by dietary inclusion of neem (Azadirachta indica) leaf meal. Canadian Journal of Agriculture and Crops, 2018, 3(2): 72-80 ( ).
  • DOI: 10.20448/803.3.2.72.80
  • Patel A.P., Bhagwat S.R., Pawar M.M., Prajapati K.B., Chauhan H.D., Makwana R.B. Evaluation of Emblica officinalis fruit powder as a growth promoter in commercial broiler chickens. Veterinary World, 2016, 9(2): 207-210 ( ).
  • DOI: 10.14202/vetworld.2016.207-210
  • Sizova E., Miroshnikov S., Lebedev S., Kudasheva A., Ryabov N. To the development of innovative mineral additives based on alloy of Fe and Co antagonists as an example. Agricultural Biology, 2016, 51(4): 553-562. ( ).
  • DOI: 10.15389/agrobiology.2016.4.553eng
  • Nworgu F.C., Ogungbenro S.A., Solesi K.S. Performance and some blood chemistry indices of broiler chicken served fluted pumpkin (Telfaria occidentalis) leaves extract supplement. American-Eurasian J. Agric & Environ. Sci., 2007, 2(1): 90-98.
  • Alagawany M., El-Hack M.E., Farag M.R., Sachan S., Karthik K., Dhama K. The use of probiotics as eco-friendly alternatives for antibiotics in poultry nutrition. Environmental Science and Pollution Research, 2018, 25(11): 10611-10618 ( ).
  • DOI: 10.1007/s11356-018-1687-x
  • Heymsfield S.B., Wadden T.A. Mechanisms, pathophysiology, and management of obesity. New England Journal of Medicine, 2017, 376(3): 254-266 ( ).
  • DOI: 10.1056/NEJMra1514009
  • Gotep J.G., Tanko J.T., Forcados G.E. et al. Therapeutic and safety evaluation of combined aqueous extracts of azadirachta indica and Khaya senegalensis in chickens experimentally infected with eimeria oocysts. Journal of Parasitology Research, 2016, 2016: 4692424 ( )
  • DOI: 10.1155/2016/4692424
Еще
Статья научная