Анализ биологически активных природных соединений растительного происхождения с целью разработки научной концепции кормовых добавок, обладающих антимикробными, противовоспалительными и антиоксидантными свойствами, для сельскохозяйственных животных и птиц

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-16-00044

НазваниеАнализ биологически активных природных соединений растительного происхождения с целью разработки научной концепции кормовых добавок, обладающих антимикробными, противовоспалительными и антиоксидантными свойствами, для сельскохозяйственных животных и птиц

Руководитель Бабич Ольга Олеговна, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" , Калининградская обл

Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-204 - Животноводство

Ключевые слова Антибиотик, антимикробные свойства, антиоксидант, биологически активное вещество, иммуномодулятор, лекарственное растение, продуктивность, фитогенная кормовая добавка, экстракция.

Код ГРНТИ68.39.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на исследование фундаментальных основ получения кормовых добавок на основе биологически активных веществ лекарственных растений с антимикробной, антиоксидантной и пребиотической активностью. Мясное скотоводство – важная специализированная отрасль агропромышленного комплекса, имеющая большое значение в экономике любой страны. Однако мясное скотоводство в России трудно отнести процветающей отрасли. Исходя из численности населения страны в 146 млн. человек, среднедушевое потребление мяса снизилось с 73,8 кг/чел до 72,6 кг/чел. Одной из причин низкой продуктивности в промышленном животноводстве и птицеводстве являются желудочно-кишечные заболевания разной этиологии. В последние годы в промышленном животноводстве большое внимание уделяется применению экологически безопасных, биологически активных препаратов и кормовых добавок, оказывающих положительное влияние на продуктивность животных, что привело к росту количества исследований по разработке и созданию кормовых добавок и/или биологически активных веществ (БАВ), которыми можно заменить антибиотики. Эффективность использования последних, несмотря на терапевтический эффект, снижается из-за развития резистентности у патогенных микроорганизмов к ним. Актуальным и перспективным является использование в качестве кормовых добавок компонентов растительного происхождения, способных снижать восприимчивость к основным инфекционным заболеваниям, а также повышать продуктивность поголовья, стимулировать воспроизводство, улучшать потребительские свойства продукции. Такие компоненты рациона получили название «фитогенные кормовые добавки» (фитогеники, phytogenics) и, начиная с 2000-х годов, широко применяются в сельскохозяйственной практике, в первую очередь в свиноводстве и птицеводстве. Климатическое, ландшафтное и растительное разнообразием территорий Российской Федерации делает, практически, каждую ее территорию перспективным объектом исследования разнообразия растительной сырьевой базы с биологически активными веществами антимикробного действия. Подобным потенциалом обладает и Калининградская область с морским и умеренно-континентальным климатом. В рамках данного проекта планируется провести широкомасштабное фитохимическое исследование лекарственных растений, произрастающих в Калининградской области и характеризующихся богатым спектром целевых биологически активных веществ (БАВ); подобрать параметры экстракции, позволяющие из биомассы лекарственных растений получить экстракты с максимальным содержанием комплекса целевых БАВ и изучить их биологическую активность in vitro; подобрать параметры извлечения индивидуальных БАВ из растительных экстрактов методом препаративной ВЭЖХ и параметры их очистки; разработать рецептуры кормовых добавок на основе экстрактов лекарственных растений и индивидуальных БАВ для сельскохозяйственных животных и провести оценку эффективности кормовых добавок в их кормлении. Новизна предлагаемого проекта заключается в разработке и совершенствовании подходов к получению биологически активных веществ, обладающих антимикробной, противовоспалительной и антиоксидантной активностью, из лекарственных растений, как основы фитогенных кормовых добавок, альтернативных кормовым антибиотикам, для сельскохозяйственных животных.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Бабич О.О., Бахтиярова А.Х., Дерябина Е.А., Ларина В.В. ФИТОХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИНЯКА ОБЫКНОВЕННОГО E. VULGARE Сборник тезисов XXXV зимней молодежной научной школы "Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии" (год публикации - 2023)

2. Бабич О., Ларина В., Воронова С., Фролов А., Сухих С. Use of phytobiotics as a feed additive AIP Conference Proceedings (год публикации - 2023)

3. Бабич О.О., Ларина В.В., Скрыпник Л.Н. Фитохимическое исследование вереска обыкновнного Calluna vulgaris, произрастающего на территории Калининградской области Сборник материалов по итогам проведения I Международного конгресса "Новейшие достижения в области медицины, здравоохранения и здоровьесберегающих технологий", г. Кемерово, КнмГУ, 2022 (год публикации - 2022)

4. Бабич О.О., Ларина В.В., Кроль О.В., Ульрих Е.В., Сухих С.А., Гуреев М.А., Просеков А.Ю., Иванова С.А. In Vitro Study of Biological Activity of Tanacetum vulgare Extracts Pharmaceutics, Pharmaceutics 2023, 15, 616. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15020616 (год публикации - 2023)
10.3390/pharmaceutics15020616

5. Курилова А.А., Кочиш И.И., Бабич О.О., Воробьев Н.И., Никонов И.Н., Карпенко Л.Ю. Нейросетевой анализ биоконсолидации биохимических параметров сыворотки крови крыс в исследовании хронической токсичности кормовой добавки на основе экстрактов лекарственных растений ВЕСТНИК БИОТЕХНОЛОГИИ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ ИМЕНИ Ю.А. ОВЧИННИКОВА, №2, Т19, стр. 21-27 (год публикации - 2023)

6. Ларина В.В., Лаврентьева И.А., Бабич О.О. Состав и антиоксидантные свойства экстракта Hedysarum neglectum в зависимости от рН экстрагента ПИЩЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И БИОТЕХНОЛОГИИ ХVIII Всероссийская конференция молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием. Казань, 2023, С 202-205 (год публикации - 2023)

7. Бабич О.О., Ларина В.В., Бахтиярова А.Х. Антиоксидантный и противомикробный потенциал ивы белой ХИМБИОSEASONS 2023 Сборник тезисов докладов Всероссийского форума молодых исследователей, С.27 (год публикации - 2023)

8. Орлова А., Кисиль Э., Цветкова Е., Мешалкина Д., Уэли А, Уэйли А.О., Лауб А., Франсиозо А., Бабич О., Вессйоханн Л.А., Моска Л., Фролов А., Повыдыш М. Phytochemical characterization of water avens (Geum rivale L.) extracts: structure assignment and biological activity of major phenolic constituents Plants, 11(21), 2859 (год публикации - 2022)
10.3390/plants11212859

9. Ларина В.В., Клещина П.К., Бабич О.О. Фитохимический состав экстрактов солодки голой и скрининг их противоопухолевой активности Актуальные проблемы биологии, химии, географии и технологии : материалы I Всероссийской молодежной научной конференции (с элементами научной школы), материалы I Всероссийской молодежной научной конференции (с элементами научной школы) (г. Саранск, 26 декабря 2022 г.) (год публикации - 2023)

10. Венмати Маран Б.А., Паланивелоо К., Махендран Т., Челлаппан Д.К., Тан Дж.К., Ен Ю.С., Мохамад Лал М.Т., Джон Э.Дж., Шенг Чонг В., Бабич О., Сухих С., Давуд Шах М. Antimicrobial Potential of Aqueous Extract of Giant Sword Fern and Ultra-High-Performance Liquid Chromatography–High-Resolution Mass Spectrometry Analysis Molecules, Molecules 2023, 28, 6075. https://doi.org/10.3390/molecules28166075 (год публикации - 2023)
10.3390/molecules28166075

11. Иванова С.А., Сухих С.А., Попов А.Д., Шишко О.О., Никонов И.Н., Капитонова Е., Кроль О.В., Ларина В.В., Носкова С.Ю., Бабич О.О. Medicinal plants: A source of phytobiotics for the feed additives Journal of Agriculture and Food Research, 16 (2024), 1011172 (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.1016/j.jafr.2024.101172

12. Бабич О.О., Бахтиярова А.Х, Кроль О.В., Самусев И.Г., Цибульникова А.В., Сухих С.А. ИЗУЧЕНИЕ АНТИОКСИДАНТНЫХ СВОЙСТВ ЭКСТРАКТОВ И БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ Calluna vulgaris Биотехнология, 5, 3, 70-80 (год публикации - 2023)
https://doi.org/10.56304/S0234275823050022

13. Бабич О.О., Самусев И.Г., Цибульникова А.В., Землякова Е.С., Попов А.Д., Иванова С.А., Носкова С.Ю., Сухих С.А. Properties of plant extracts and component composition: column chromatography and IR spectroscopy Foods and Raw Materials, 2024;12(2), 373-387 (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.21603/2308-4057-2024-2-615

14. Орлова А., Соболева А., Уэйли А., Уэйли А., Мешалкина Д., Гамбарян С., Смирнов С., Шаматова М., Королькова Ю., Козлов С., Рогожин Е., Сухих С., Бабич О., Фролов А. Valerenic acid and iridoid derivatives from the roots of Valeriana officinalis L. Phytochemistry, Orlova A, Soboleva A, Whaley A, Whaley A, Meshalkina D, Gambaryan S, et al. Valerenic acid and iridoid derivatives from the roots of Valeriana officinalis L. ChemRxiv. 2024; doi:10.26434/chemrxiv-2024-dlfsk This content is a preprint and has not been peer-reviewed. (год публикации - 2024)
10.26434/chemrxiv-2024-dlfsk

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Завершены работы по выявлению взаимосвязи между пространственным строением молекул биологически активных веществ и их антимикробной, антиоксидантной и противовоспалительной активностью. Определено, что формононетин, нарингенин, гидроксимирицитин и гицерозид, гиперозид обладают выраженными антимикробными и противовоспалительными свойствами. Методом молекулярной стыковки установлено, что формонетин обладает высокими антиоксидатнными свойствами; нарингенин, гидроксимирицитин и гицерозид обладают способностью взаимодействовать с рецептором, активируемым ксенобиотиком, однако при более высоких энергиях связывания. Разработаны рецептуры и технологическая схема производства кормовых добавок для сельскохозяйственных животных и птицы на основе соединений, выделенных из лекарственных растений, с оптимизированным профилем биологической активности. Выявлено, что в состав кормовой добавки входят такие фитохимические компоненты растений как катехин, формононетин, даидзеин и глицерозид, выделенный из корней Glycyrrhiza glabra L.; нарингенин и гидроксимирицетин, выделенные из ивы белой; гидроксимирицетин; гиперозид, выделенный из вереска обыкновенного. Определено, что в составе кормовой добавки для сельскохозяйственной птицы преобладают индивидуальные соединения (катехин, даидзеин), обладающие противомикробной активностью и антиоксидантной активностью. Это связано прежде всего с тем, что сельскохозяйственная птица страдает кишечными заболеваниями. Технологический процесс получения кормовой добавки для сельскохозяйственных животных и птицы включал в себя стадии приемки исходных основных веществ и ингредиентов. Для удобства применения кормовых добавок в питании предлагаем использовать ее в виде сухой смеси. Получен опытные образцы фитогенной кормовой добавки. Из образцов растительных водно-этанольных экстрактов S. alba L. и G. glabra L. наработаны катехин, глицерозид, даидзеин, формононетин, нарингенин, гидроксимирицетин и гиперозид. Наработанных индивидуальных БАВ было достаточно для составления опытных образцов кормовых добавок для тестирования их на соответствие требованиям, предъявляемым к кормовым добавкам для сельскохозяйственных животных; изучения их свойств в условиях кормленческого опыта на курах-несушках, изучения действия фитогенных кормовых добавок на микробиоту кишечника кур-несушек с применением молекулярно-генетического метода. Проведено тестирование опытных образцов фитогенных кормовых добавок. Выявлено, что разработанные фитогенные кормовые добавки представляли собой сухой продукт с высоким содержанием фенольных соединений и минимальным количеством примесей. Определено, что разработанные кормовые добавки содержали в себе только фенольные соединения и не содержали белки, клетчатку, углеводы, жиры и минеральные элементы. Проведена оценка эффективности кормовой добавки на основе соединений, выделенных из лекарственных растений, на сельскохозяйственных животных (коровах суксунской породы). Результаты свидетельствуют о том, что применение разработанной кормовой добавки не вызывало нарушение процесса выведения из организма токсических продуктов обмена и нарушении энергетического обмена в мышцах. Обнаружено, что разработанная кормовая добавка позволяла нормализовать обмен веществ и улучшить липидный обмен животных. В ходе эксперимента выявлено, что при использовании разработанной кормовой добавки в рационах опытных сельскохозяйственных животных значительно повысился уровень ионов Сa и Р в крови, что говорит о обеспеченности рационов данными минеральными веществами. Следовательно, включение в рацион сельскохозяйственных животных разработанной кормовой добавки, состоящей из катехина, даидзеина, нарингенина, формононетина, глицерозида, гидроксимирицетина, гиперозида, оказывало положительное влияние на зоотехнические и физиолого-биохимические показатели коров дойного стада Изучены свойства фитогенных кормовых добавок в условиях кормленческого опыта на курах-несушках, в том числе проведена оценка влияния кормовых добавок на показатели продуктивности птицы. Установлено, что введение в основной рацион разработанной кормовой добавки привело к повышению показателя яйценоскости у кур, а также к снижению затрат корма на 1 кг яичной массы на 0,9 %. Доказано, что дополнительное введение к основному рациону сельскохозяйственной птицы разработанной кормовой добавки на основе катехина, даидзеина, нарингенина, формононетина и глицерозида, способствует повышению показателей продуктивности (увеличилась масса яиц и толщина яичной скорлупы), а также качеству яиц (содержание витамина Е увеличилось в яйце кур-несушек принимавших кормовую добавку). Остальные показатели качества яйца (в том числе содержания витамина А, В и каротиноидов) у различались незначительно. Гематологические показатели крови сельскохозяйственной птицы соответствовали физиологической норме. Выявлено, что при приеме разработанной кормовой добавки такие показатели крови, как уровень холестерина, общего белка, альбумина, мочевины у сельскохозяйственной птицы опытной группы в конце эксперимента соответствовали физиологической норме. Доказано, что разработанная кормовая добавка на основе биологически активных веществ, выделенных из растений, позволяет нормализовать углеводный обмен сельскохозяйственной птицы, а также функции почек и печени. В частности, уровень щелочной фосфатазы и амилазы у сельскохозяйственной птицы опытной группы был незначительно ниже в сравнении с уровнем этих ферментов у кур-несушек контрольной группы. С помощью анализа экспрессии генов сельскохозяйственной птицы выявлено, дополнительное введение в основной рацион разработанной кормовой добавки, состоящей из катехина, даидзеина, нарингенина, формононетина и глицерозида, помимо незначительного положительного изменения интенсивности яйцекладки, оказывало влияние и на экспрессию генов продуктивности, связанных с повышенным образованием скорлупы куриного яйца. Эти изменения связаны с увеличением количества поступающих ионов кальция в маточную жидкость из железистых клеток матки для дальнейшего процесса образования скорлупы и параллельной активностью овоклейдина-116, ответственного за формирование кристаллов карбоната кальция, формирования яичной скорлупы. С помощью молекулярно-генетического метода в желудочно-кишечном тракте сельскохозяйственной птицы контрольной и опытной группах выявлено таксономическое разнообразие бактерий. Доказано, что дополнительное введение в основной рацион сельскохозяйственной птицы кормовой добавки, способствовало созданию благоприятных условий для усиления развития представителей полезной микрофлоры и как, следствие, улучшению обменных процессов и повышению иммунитета птиц

Публикации

Возможность практического использования результатов
Научно-исследовательские результаты проекта создадут предпосылки создания рецептуры и технологии получения кормовой добавки с антимикробными, противовоспалительными и антиоксидантными свойствами. Эмпирические данные показывают, что благодаря своему уникальному составу, разработанная кормовая добавка на основе катехина, даидзеина, нарингенина, формононетина, глицерозида, гидроксимирицетина, гиперозида, позволяет оптимизировать функции иммунной системы, улучшить здоровье и повысит продуктивность сельскохозяйственных животных и птицы. Данный факт свидетельствует о том, что разработанная кормовая добавка будет востребована на предприятиях агропромышленного комплекса.