Секвенирование фрагментов V3-V4 гена 16S rRNA для определения состава и взаимосвязи микробиоты при воспалении молочной железы и репродуктивного тракта у коров (Bos taurus)

Воспалительные заболевания молочной железы и репродуктивного тракта крупного рогатого скота наносят наибольший экономический ущерб молочному животноводству. Секвенирование нуклеотидных последовательностей гена 16S rRNA значительно расширило знание о бактериальных сообществах (микробиомах) и позволило выявить бактерии, о существовании которых ранее не было известно, поскольку их не удается культивировать in vitro. В представленной работе впервые показаны взаимосвязи между микробиотой репродуктивного тракта и молочной железы коров (Bos taurus) при развитии воспалительных заболеваний и выявлены новые этиологически значимые патогены. Нашей целью было определение состава микробиоты репродуктивного тракта и молочной железы коров при воспалении и сравнение полученных бактериальных профилей для обнаружения общей этиологии таких патологий. Для исследования на каждом из сельскохозяйственных предприятий, расположенных в пяти районах Свердловской области, сформировали 4 экспериментальных группы: 1-я - животные без признаков воспаления молочной железы и репродуктивного тракта (З); 2-я - животные с признаками воспаления молочной железы, но без признаков воспаления репродуктивного тракта (М); 3-я - животные с признаками воспаления репродуктивного тракта, но без признаков воспаления молочной железы (Э); 4-я - животные с признаками воспаления молочной железы и репродуктивного тракта (ЭМ). От каждой коровы в группах получали образцы биологического материала (секрет молочной железы, цервикальные смывы), который использовали для метагеномного анализа состава бактериальных сообществ. Анализ последовательностей вариабельных участков гена 16S rRNA показал, что подавляющее большинство идентифицированных операционных таксономических единиц (operational taxonomic units, ОТU) принадлежат домену Bacteria, остальные - филуму Euryarchaeota домена Archaea (0,38 % в пробах секрета молочной железы, 0,44 % - в цервикальных смывах). В образцах секрета молочной железы идентифицированы представители 19 бактериальных филумов, в том числе 43 класса, 85 порядков, 165 семейств и 484 рода. Половину бактериальных ОТU составлял филум Firmicutes (680 ОТU, 51,7 %), второй и третий по численности филумы - Actinobacteria и Bacteroidetes (соответственно 14,5 % и 11,3 %). В цервикальных смывах обнаружены представители 22 бактериальных филумов, в их числе 50 классов, 93 порядка, 172 семейства и 365 родов. Преобладающим бактериальным филумом оказался Firmicutes (876 ОТU, 55,3 %), вторым и третьим по численности - филумы Bacteroidetes и Actinobacteria (соответственно 13,3 % и 11,6 %). Секвенирование вариабельных участков гена 16S rRNA позволило установить наличие бактерий класса Clostridia и рода Facklamia, которые мы не обнаружили ранее, исследуя образцы с помощью культуральных методов. Этим подтверждается клиническое значение метагеномного секвенирования для уточнения состава этиологических агентов в случае некультивируемых или трудно культивируемых бактерий. Определена взаимосвязь микробиоты молочной железы и репродуктивного тракта при воспалительном процессе по относительному содержанию в секрете молочной железы и цервикальных смывах при воспалении, Turicibacter sanguinis, Staphylococcus aureus, Peptostreptococcus anaerobius, Peptoniphilus indolicus и Helcococcus ovis описаны как инфекционные агенты, провоцирующие воспалительный процесс. Полученные данные важны для углубленного понимание связи бактериальной этиологии и патогенеза при воспалительных заболеваниях молочной железы и репродуктивного тракта животных.