Сравнительная оценка влияния вирджиниамицина и пробиотика на состав кишечного микробиома и зоотехнические показатели цыплят-бройлеров (Gallus gallus L.)

Автор: Тюрина Д.Г., Лапев Г.Ю., Йылдырым Е.А., Ильина Л.А., Филиппова В.А., Бражник Е.А., Тарлавин Н.В., Горфункель Е.П., Дубровин А.В., Новикова Н.И., Дуняшев Т.П., Грозина А.А.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Пробиотики в кормлении

Статья в выпуске: 6 т.55, 2020 года.

Бесплатный доступ

На сегодняшний день существует большой интерес к разработке кормовых экологически безопасных добавок для птицеводства, способных положительно модулировать состав микробиоты и контролировать патогенные микроорганизмы, представляя собой достойную альтернативу антибиотикам. Однако очень мало работ посвящено сопоставлению действия пробиотиков и антибиотиков на структуру микробиома кишечника у бройлеров. В настоящем исследовании мы сравнили состав микробиоты кишечника и зоотехнические показатели у цыплят кросса Cobb 500 в стартерный, ростовой и финишный периоды при добавлении в рацион пробиотика (Bacillus subtilis в составе Целлобактерина®-Т) или антибиотика (Stafac® 110 на основе вирджиниамицина) и показали, что штамм B. subtilis ускоряет становление кишечной микрофлоры. Пробиотик также снижает численность микроорганизмов семейства Campylobacteriaceae , к которому относятся многие виды возбудителей гастроэнтеритов, и повышает переваримость клетчатки. Структуру микробиома в содержимом слепых отростков кишечника изучали методами количественной ПЦР и T-RFLP (terminal restriction fragment length polymorphism) анализа. У цыплят в возрасте 14 сут общая численность бактерий в химусе слепой кишки при введении в рацион антибиотика Stafac® 110 была выше в 9,1 раза (p ≤ 0,05), B. subtilis - в 54,2 раза (p ≤ 0,001) по сравнению с контролем, что указывает на быструю колонизацию микрофлорой желудочно-кишечного тракта у особей из опытных групп. Результаты T-RFLP-анализа показали, что микрофлора в химусе слепых отростков кишечника цыплят на уровне филумов была представлена двумя доминирующими таксонами - Firmicutes и Proteobacteria , в меньшей степени - филумами Actinobacteria , Bacteroidetes и Fusobacteria . Были выявлены таксоны, которые играют важную роль в переваривании некрахмалистых полисахаридов, связанных с синтезом короткоцепочечных жирных кислот, в вытеснении патогенной микрофлоры благодаря продукции бактериоцинов, а также в снижении рН химуса вследствие синтеза органических кислот. Введение в рацион кормового антибиотика оказало преимущественно позитивное влияние на структуру микробиома: возросла доля целлюлозолитических форм и бактерий класса Clostridia (p ≤ 0,05), участвующих в синтезе органических кислот. Сходные позитивные изменения в микробном сообществе отмечали и при интродукции пробиотического штамма B. subtilis , в частности, по сравнению с контролем повышалось обилие бактерий класса Clostridia (p ≤ 0,05). На 14-е сут выращивания применение антибиотика и интродукция пробиотического штамма снизили численность микроорганизмов семейства Campylobacteriaceae (p ≤ 0,05), включающего многие патогенные виды. У 36-суточных курочек, в рацион которых вводили антибиотик Stafac® 110, отмечено увеличение живой массы (с 1845,8±20,9 до 1936,4±17,9 г, р = 0,046). У пробиотического штамма бактерий подобного эффекта не наблюдали (несмотря на восстановление микрофлоры слепых отростков кишечника). Переваримость клетчатки в группе, получавшей штамм B. subtilis , повышалась по сравнению с контролем на 7,1 % (р = 0,0027), кормовой антибиотика - на 2,3 % (р = 0,047), что может быть связано с деятельностью целлюлозолитической микрофлоры. Таким образом, введение в рацион цыплят-бройлеров пробиотического штамма бактерий B. subtilis с целью восстановления микрофлоры и повышения переваримости клетчатки может быть эффективной альтернативой применению кормового антибиотику Stafac ®110 на основе вирджиниамицина.

Еще

Цыплята-бройлеры, cobb 500, пробиотик, bacillus subtilis, stafac® 110, t-rflp-анализ, микробиом, firmicutes, proteobacteria, clostridia, campylobacteriaceae

Короткий адрес: https://sciup.org/142229451

IDR: 142229451   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2020.6.1220rus

Список литературы Сравнительная оценка влияния вирджиниамицина и пробиотика на состав кишечного микробиома и зоотехнические показатели цыплят-бройлеров (Gallus gallus L.)

  • Phillips I., Casewell M., Cox T., De Groot B., Friis C., Jones R., Nightingale C., Preston R., Waddell J. Does the use of antibiotics in food animals pose a risk to human health? A critical review of published data. Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 2004, 53(1): 28-52 (doi: 10.1093/jac/dkg483).
  • Gong J., Yin. F., Hou Y., Yin Y. Chinese herbs as alternatives to antibiotics in feed for swine and poultry production: potential and challenges in application. Canadian Journal of Animal Science, 2014, 94(2): 223-242 (doi: 10.4141/cjas2013-144).
  • Humphreys G., Fleck F. United Nations meeting on antimicrobial resistance. Bull. World Health Organ., 2016, 94(9): 638-639 (doi: 10.2471/BLT.16.020916).
  • Onrust L., Ducatelle R., Driessche K.V., Maesschalck C., Vermeulen K., Haesebrouck F., Van Immerssel F. Steering endogenous butyrate production in the intestinal tract of broilers as a tool to improve gut health. Frontiers in Veterinary Science, 2015, 2: 75 (doi: 10.3389/fvets.2015.00075).
  • Borda-Molina D., Seifert J., Camarinha-Silva A. Current perspectives of the chicken gastrointestinal tract and its microbiome. Computational and Structural Biotechnology Journal, 2018, 16: 131139 (doi: 10.1016/j.csbj.2018.03.002).
  • Kohl K.D. Diversity and function of the avian gut microbiota. Journal of Comparative Physiology B-Biochemical Systems and Environmental Physiology, 2012, 182(5): 591-602 (doi: 10.1007/s00360-012-0645-z).
  • Lindberg R., Jarnheimer P.A., Olsen B., Johansson M., Tysklind M. Determination of antibiotic substances in hospital sewage water using solid phase extraction and liquid chromatography/mass spectrometry and group analogue internal standards. Chemosphere, 2004, 57(10): 1479-1488 (doi: 10.1016/j.chemosphere.2004.09.015).
  • Van Der Waaij D., Nord C.E. Development and persistence of multi-resistance to antibiotics in bacteria; an analysis and a new approach to this urgent problem. International Journal of Antimicrobial Agents, 2000, 16(3): 191-197 (doi: 10.1016/S0924-8579(00)00227-2).
  • Teirlynck E., De Gussem M., Marlen M., Vancraeynest D., Haesebrouck F., Ducatelle R., Van Immerseel F. Morphometric evaluation of "dysbacteriosis" in broilers. Avian Pathology, 2013, 40(2): 139-144 (doi: 10.1080/03079457.2010.543414).
  • Thomke S., Elwinger K. Growth promotants in feeding pigs and poultry. III. Alternatives to antibiotic growth promotants. Annales De Zootechnie, 1998, 47(4): 245-271 (doi: 10.1051/anim-res:19980402).
  • Verstegen M.W.A., Williams B.A. Alternatives to the use of antibiotics as growth promoters for monogastric animals. Animal Biotechnology, 2002, 13(1): 113-127 (doi: 10.1081/ABI0-120005774).
  • Yang Y., Iji P.A., Choct M. Dietary modulation of gut microflora in broiler chickens: a review of the role of six kinds of alternatives to in feed antibiotics. World's Poultry Science Journal, 2009, 65(1): 97-114 (doi: 10.1017/S0043933909000087).
  • Li Z., Wang W., Liu D., Guo Y. Effects of Lactobacillus acidophilus on gut microbiota composition in broilers challenged with Clostridium perfringens. PLoS ONE, 2017, 12(11): 1-16 (doi: 10.1371/journal.pone.0188634).
  • Maсes-Lázaro R., Van Diemen P.M., Pin C., Mayer M.J., Stevens M.P., Narbad A. Administration of Lactobacillus johnsonii FI9785 to chickens affects colonisation by Campylobacter jejuni and the intestinal microbiota. British Poultry Science, 2017, 58(4): 373-381 (doi: 10.1080/00071668.2017.1307322).
  • Macfarlane S. Antibiotics treatment and microbes in the gut. Environmental Microbiology, 2014, 16(4): 919-924 (doi: 10.1111/1462-2920.12399).
  • Ferrer M., Martins dos Santos V.A., Ott S.J., Moya A. Gut microbiota disturbance during antibiotic therapy: a multi-omic approach. Gut Microbes, 2014, 5(1): 64-70 (doi: 10.4161/gmic.27128).
  • Robinson C.J., Young V.B. Antibiotic administration alters the community structure of the gastrointestinal microbiota. Gut Microbes, 2010, 1(4): 279-284 (doi: 10.4161/gmic.1.4.12614).
  • Ji S., Jiang T., Yan H., Guo C., Liu J., Su H., Alugongo G.M., Shi H., Wang Y., Cao Z., Li S. Ecological restoration of antibiotic-disturbed gastrointestinal microbiota in foregut and hindgut of cows. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 2018, 8: 79 (doi: 10.3389/fcimb.2018.00079).
  • Lin J., Hunkapiller A.A., Layton A.C., Chang Y.J., Robbins K.R. Response of intestinal microbiota to antibiotic growth promoters in chickens. Foodborne Pathogens and Disease, 2013, 10(4): 331e7 (doi: 10.1089/fpd.2012.1348).
  • Danzeisen J.L., Kim H.B., Isaacson R.E., Tu Z.J., Johnson T.J. Modulations of the chicken cecal microbiome and metagenome in response to anticoccidial and growth promoter treatment. PLoS ONE, 2011, 6: e27949 (doi: 10.1371/journal.pone.0027949).
  • Lee K.W., Ho Hong Y., Lee S.H., Jang S.I., Park M.S., Bautista D.A., Ritter G.D., Jeong W., Jeoung H.Y., An D.J., Lillehoj E.P., Lillehoj H.S. Effects of anticoccidial and antibiotic growth promoter programs on broiler performance and immune status. Research in Veterinary Science, 2012, 93(2): 721-728 (doi: 10.1016/j.rvsc.2012.01.001).
  • Zhou H., Gong J., Brisbin J.T., Yu H., Sanei B., Sabour P., Sharif S. Appropriate chicken sample size for identifying the composition of broiler intestinal microbiota affected by dietary antibiotics, using the polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis technique. Poultry Science, 2007, 86(12): 2541-2549 (doi: 10.3382/ps.2007-00267).
  • Gao P., Ma C., Sun Z., Wang L., Huang S., Su X., Xu J., Zhang H. Feed-additive probiotics accelerate yet antibiotics delay intestinal microbiota maturation in broiler chicken. Microbiome, 2017 5(1): 91 (doi: 10.1186/s40168-017-0315-1).
  • Лаптев Г.Ю. Исследование бактериального сообщества рубца коров с помощью T-RFLP-анализа. Молочное и мясное скотоводство, 2010, 3: 16-18.
  • Tannock G.W., Munro K., Harmsen H.J., Welling G.W., Smart J., Gopal P.K. Analysis of the fecal microflora of human subjects consuming a probiotic product containing Lactobacillus rhamnosus DR20. Applied and Environmental Microbiology, 2000, 66(6): 2578-2588 (doi: 10.1128/AEM.66.6.2578-2588.2000).
  • RDocumentation. pheatmap. A function to draw clustered heatmaps. Режим доступа: https://www.rdocumentation.org/packages/pheatmap/versions/L0.12/topics/pheatmap. Дата обращения 08.02.2020.
  • Murtagh F., Legendre P., Classif J. Ward's hierarchical agglomerative clustering method: which algorithms implement Ward's criterion? Journal of Classification, 2014, 31(3): 274-295 (doi: 10.1007/s00357-014-9161-z).
  • Брюс П., Брюс Э. Практическая статистика для специалистов Data Science. СПб, 2018.
  • Verzani J. Getting started with RStudio. O'Reilly Media, Sebastopol, 2011.
  • RStudio. Режим доступа: https://rstudio.com. Без даты.
  • Rinttila T., Apajalahti J. Intestinal microbiota and metabolites — implications for broiler chicken health and performance. Journal of Applied Poultry Research, 2013, 22: 647-658 (doi: 10.3382/japr.2013-00742).
  • Jeurissen S.H.M., Janse E.M., Koch G., De Boer G.F. Postnatal development of mucosa-asso-ciated lymphoid tissues in chickens. Cell and Tissue Research, 1989, 258(1): 119-124.
  • Wang L., Lilburn M., Yu Z. Intestinal microbiota of broiler chickens as affected by litter management regimens. Frontiers in Microbiology, 2016, 7: 593 (doi: 10.3389/fmicb.2016.00593).
  • Qu A., Brulc J.M., Wilson M.K., Law B.F., Theoret J.R., Joens L.A. Comparative metagenomics reveals host specific metavirulomes and horizontal gene transfer elements in the chicken cecum microbiome. PLoS ONE, 2008, 3(8): e2945 (doi: 10.1371/journal.pone.0002945).
  • Jyzefiak D., Rutkowski A., Martin S.A. Carbohydrate fermentation in the avian ceca: a review. Animal Feed Science and Technology, 2004, 113(1-4): 1-15 (doi: 10.1016/j.anifeedsci.2003.09.007).
  • Stanley D., Geier M.S., Denman S.E., Haring V.R., Crowley T.M., Hughes R.J., Moore R.J. Identification of chicken intestinal microbiota correlated with the efficiency of energy extraction from feed. Veterinary Microbiology, 2013, 164(1-2): 85-92 (doi: 10.1016/j.vetmic.2013.01.030).
  • Sergeant M.J., Constantinidou C., Cogan T.A., Bedford M.R., Penn C.W., Pallen M.J. Extensive microbial and functional diversity within the chicken cecal microbiome. PLoS ONE, 2014, 9(3): e91941 (doi: 10.1371/journal.pone.0091941).
  • McWhorter T.J., Caviedes-Vidal E., Karasov W.H. The integration of digestion and osmoregulation in the avian gut. Biological Reviews of the Cambridge Philosophical Society, 2009: 84(4): 533565 (doi: 10.1111/j. 1469-185X.2009.00086.x).
  • Tellez G., Higgins S.E., Donoghue A.M., Hargis B.M. Digestive physiology and the role of microorganisms. Journal of Applied Poultry Research, 2006, 15(1): 136-144.
  • Cummings J.H., Pomare E.W., Branch W.J., Naylor C.P., Macfarlane G.T. Short chain fatty acids in human large intestine, portal, hepatic and venous blood. Gut, 1987, 28(10): 1221-1227 (doi: 10.1136/gut.28.10.1221).
  • van Der Wielen P.W., Biesterveld S., Notermans S., Hofstra H., Urlings B.A.P., van Knapen F. Role of volatile fatty acids in development of the cecal microflora in broiler chickens during growth. Applied and Environmental Microbiology, 2000, 66(6): 2536-2540 (doi: 10.1128/aem.66.6.2536-2540.2000).
  • Hungate R.E. The rumen and its microbes. Academic Press, NewYork, 1966.
  • Zhan K., Gong X., Chen Y., Jiang M., Yang T., Zhao G. Short-chain fatty acids regulate the immune responses via G protein-coupled receptor 41 in bovine rumen epithelial cells. Frontiers in Immunology, 2019, 10: 2042 (doi: 10.3389/fimmu.2019.02042).
  • Walker S.E., Sander J.E., Cline J.L., Helton J.S., Characterization of Pseudomonas aeruginosa isolates associated with mortality in broiler chicks. Avian Diseases, 2002, 46(4): 1045-1050 (doi: 10.1637/0005-2086(2002)046[1045:C0PAIA]2.0.C0;2).
  • Wegener H.C., Hald T., Wong D.L.F., Madsen M., Korsgaard H., Bager F., Gerner-Smidt P., Mшlbak K. Salmonella control programs in Denmark. Emerging Infectious Diseases journal, 2003, 9(7): 774-780 (doi: 10.3201/eid0907.030024).
  • Oakley B.B., Lillehoj H.S., Kogut M.H., Kim W.K., Maurer J.J., Pedroso A., Lee M.D., Col-lett S.R., Johnson T.J., Cox N.A. The chicken gastrointestinal microbiome. FEMS Microbiology Letters, 2014, 360(2): 100-112 (doi: 10.1111/1574-6968.12608).
  • Ramiah S.K., Zulkifli I., Rahim N.A., Ebrahimi M., Meng G.Y. Effects of two herbal extracts and virginiamycin supplementation on growth performance, intestinal microflora population and Fatty Acid composition in broiler chickens. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 2014, 27(3): 375-382 (doi: 10.5713/ajas.2013.13030).
  • Forte C., Moscati L., Acuti G., Mugnai C., Franciosini M.P., Costarelli S., Cobellis G., Trabalza-Marinucci M. Effects of dietary Lactobacillus acidophilus and Bacillus subtilis on laying performance, egg quality, blood biochemistry and immune response of organic laying hens. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition, 2016, 100(5): 977-987 (doi: 10.1111/jpn.12408).
  • Zulkifli I., Hashemi S.R., Somchit M.N., Zunita Z., Loh T.C., Soleimani A.F., Tang S.C. Effects of Euphorbia hirta and virginiamycin supplementation to the diet on performance, digestibility, and intestinal microflora population in broiler chickens. Archiv für Geflugelkünde, 2012, 76(1): 6-12.
  • Андрианова Е.Н., Егоров И.А., Присяжная Л.М., Ахметова Л Т., Сибгатуллин Ж.Ж., Слесаренко Н.А., Лаптев Г.Ю. Добавка Винивет на основе продуктов пчеловодства как альтернатива кормовым антибиотикам в комбикормах для цыплят-бройлеров: бактерицидный и биостимулирующий эффект применения. Сельскохозяйственная биология, 2016, 51(2): 213222 (doi: 10.15389/agrobiology.2016.2.213rus).
  • Niewold T.A. The nonantibiotic anti-inflammatory effect of antimicrobial growth promoters, the real mode of action? A hypothesis. Poultry Science, 2007, 86(4): 605-609 (doi: 10.1093/ps/86.4.605).
  • Abu-Akkada Somaia S., Awad Ashraf M. Protective effects of probiotics and prebiotics on Eimeria Tenella-infected broiler chickens. Pakistan veterinary journal, 2015, 35(4): 446-450.
  • Yadav S., Jha R. Strategies to modulate the intestinal microbiota and their effects on nutrient utilization. performance and health of poultry. Journal of Animal Science and Biotechnology, 2019, 10: 2 (doi: 10.1186/s40104-018-0310-9).
Еще
Статья научная