Исследование механизмов действия новых кормовых добавок и входящих в их состав биологически активных соединений, направленных на подавление плотностно-зависимой коммуникации у бактерий пищеварительного тракта сельскохозяйственных животных

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 22-16-00036

НазваниеИсследование механизмов действия новых кормовых добавок и входящих в их состав биологически активных соединений, направленных на подавление плотностно-зависимой коммуникации у бактерий пищеварительного тракта сельскохозяйственных животных

Руководитель Дускаев Галимжан Калиханович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук" , Оренбургская 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 кормовые добавки, биологически активные вещества, пищеварение, микробиоценоз, сельскохозяйственные животные, качество сельскохозяйственной продукции, птица

Код ГРНТИ68.39.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Противомикробные препараты используются в кормлении сельскохозяйственных животных около 70 лет не только для лечения инфекционных болезней, но и для ускорения роста, улучшения использования корма и снижения смертности (http://www.fao.org/antimicrobial-resistance/key-sectors/animal-feeding/ru). Однако, в 2000 году (после проведенного ВОЗ исследования, подтвердившего негативный эффект от применения антибиотиков в животноводстве), было рекомендовано резко снизить или прекратить использование для стимуляции роста сельскохозяйственных животных тех средств, которые могут применяться для лечения людей, дополнительно к этому создать жесткую систему контроля за оборотом антибиотиков в сельском хозяйстве. В 2006 году Евросоюз заявил об отказе от кормовых антибиотиков в животноводстве (с допустимостью их использования для лечения сельскохозяйственных животных). Аналогичные меры предпринимаются и государствами, являющимися крупными импортерами российской сельскохозяйственной продукции. Так согласно национальному плану, опубликованному Министерством сельского хозяйства Китая в августе 2017 года, в стране намерены ввести строгий контроль за использованием антибиотиков. Предполагается, что данные нормы также будут приняты участниками ЕАЭС. В Российской Федерации в соответствии с законом РФ N 4979-1 (в редакции от 02.07.2021) «О ветеринарии» предъявляются соответствующие ветеринарно-санитарные требования и нормы по безвредности кормов и кормовых добавок, которые утверждаются в установленном порядке и пересматриваются в соответствии с требованиями международных организаций, участником которых является Российская Федерация. Указанные обстоятельства определяют высокую актуальность разработки альтернативных подходов, снижающих или полностью исключающих использование антибиотиков в сельском хозяйстве, но одновременно – обеспечивающих увеличение продуктивности и достаточный уровень защиты сельскохозяйственных животных. Одним из путей решения проблемы может быть использование кормовых добавок, способных управлять чувством кворума зоопатогенных бактерий в организме сельскохозяйственных животных, а впоследствии изменять микробиом и направления метаболических потоков пищеварительной системы в благоприятном для сельскохозяйственного производства направления. Между тем, ввиду разнообразия форм и перечня растительных веществ, механизмы их действия на отдельные бактериальные виды и целостный микробиом пищеварительного тракта сельскохозяйственных животных пока в полной мере не описаны, что закономерно ограничивает перспективы создания новых кормовых добавок с заданными свойствами. Биологические эффекты, вызываемые растительными соединениями, могут быть эффективно изучены методами транскриптомного анализа, направленными на выявление up- и down-регулируемых генов с определением итоговых паттернов экспрессии. Кроме того, научная значимость проблемы объясняется сложными микроэкологическими взаимодействиями, встречающихся в естественных условиях, конкуренцией между микроорганизмами, взаимодействием между хозяином и микробиомом и влиянием условий окружающей среды (включая потребление корма) оказывающих экологическое давление и способных влиять на общий метаболический профиль организма животного. Принципиальная научная новизна проекта определяется использованием растительных метаболитов, способных подавлять процессы плотностно-зависимой коммуникации у бактерий желудочно-кишечного тракта, лежащих в основе индукции их патогенного потенциала. Использование данных растительных метаболитов, образующих их растений и смесей в системах кормления сельскохозяйственных животных потенциально должно позволить исключить использование кормовых антибиотиков, одновременно обеспечив сохранение высокой продуктивности современного мясного животноводства и его переход к экологически чистому агрохозяйству. Ранее проведенные исследования заявителей проекта, а также современные международные источники научной информации по данному вопросу, обобщенные в аналитическом обзоре «Растительные ингибиторы плотностно-зависимой коммуникации у бактерий: разнообразие структур и источников происхождения» (Д.Г. Дерябин, А.А. Галаджиева, Д.Б. Косян, Г.К. Дускаев. Микробиология, 2021, том 90, № 6, с. 1–21) свидетельствуют о существенном разнообразии растительных ингибиторов плотностно-зависимой коммуникации, относящихся к терпенам и терпеноидам, фенолам и метоксифенолам, кумаринам, флавоноидам, сульфоксидам и изотиоцианатам. В свою очередь анализ классификационного положения растений-продуцентов данных молекул и имеющихся у них путей биосинтеза подобных вторичных метаболитов, позволил определить круг перспективных растительных субстратов с искомой активностью с акцентом на растениях, произрастающих или культивируемых на территории Российской Федерации, что в значительной степени определяет экономическую эффективность их дальнейшего использования в системах кормления сельскохозяйственных животных. При этом использование растительных метаболитов – ингибиторов плотностно-зависимой коммуникации у бактерий, образующих их растений и смесей в системы кормления сельскохозяйственных животных должно позволить исключить использование кормовых антибиотиков, одновременно обеспечив сохранение высокой продуктивности современного мясного животноводства и его переход к экологически чистому агрохозяйству. Первым частным элементом новизны заявляемого проекта является выявление тонких механизмов воздействия растительных ингибиторов на системы плотностно-зависимой коммуникации зоопатогенных бактерий на основе анализа их транскриптомов. Решение данной задачи позволит с научно обоснованных позиций подходить к выбору ингибитора или содержащего его растительного субстрата, а также осуществлять целенаправленный поиск синергестических кормовых композиций (смесей). Вторым важным элементом является получение новых данных об изменении профиля микробиоты пищеварительного тракта, метаболических, гематологических и иных параметров организма сельскохозяйственных животных в ответ на использование разрабатываемых фитопрепаратов (кормовых добавок). Решение этой задачи позволит с новых позиций оценить соблюдение требований о безопасности кормового использования разрабатываемых молекул и растительных субстратов. Третьим элементом новизны проекта является впервые заявляемый анализ миграции малых молекул растительного происхождения, не являющихся «классическими» нутриентами и в этой связи не включающихся в метаболизме сельскохозяйственных животных, в мышечную ткань и готовую (мясную) продукцию. Стереотипный характер организации систем плотностно-зависимой коммуникации патогенной и гнилостной микрофлоры позволяет ожидать позитивный эффект присутствия данных растительных соединений на микробиологические характеристики мяса в процессе его длительного хранения и созревания, что также будет проанализировано на завершающем этапе настоящего проекта.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Завьялов О.А., Дускаев Г.К., Курилкина М.Я. Влияние биологически активных добавок природного происхождения на минеральный состав съедобных частей тела цыплят-бройлеров Ветеринария и кормление (год публикации - 2023)

2. Инчагова К.С., Дускаев Г.К., Дерябин Д.Г. ВЛИЯНИЕ ГАММА-ЛАКТОНОВ НА РОСТ И ХИМИЧЕСКУЮ КОММУНИКАЦИЮ У CHROMOBACTERIUM SUBTSUGAE ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ, МЕДИЦИНСКОЙ И ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ ХИМИИ, Том: 25, Номер: 10 Год: 2022 Страницы: 38-43 (год публикации - 2022)
10.29296/25877313-2022-10-05

3. К. С. Инчагова, Г. К. Дускаев, Д. Г. Дерябин СИСТЕМА «КВОРУМ СЕНСИНГА» У CHROMOBACTERIUM SUBTSUGAE (РАНЕЕ C. VIOLACEUM) ИНГИБИРУЕТСЯ ГАММА-ЛАКТОНАМИ – МИНОРНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ ЭКСТРАКТА ЛИСТЬЕВ ЭВКАЛИПТА Микробиология, №1, 2023 (год публикации - 2023)

4. Завьялов О.А., Дускаев Г.К., Курилкина М.Я. Влияние малых молекул растительного происхождения на динамику живой массы и показатели крови цыплят-бройлеров Труды Кубанского государственного аграрного университета (год публикации - 2023)

5. Дускаев Г.К., Кван О.В., Рахматуллин Ш.Г. Использование ароматических веществ в кормлении цыплят-бройлеров Птицеводство (год публикации - 2023)

6. Климова Т.А., Дускаев Г.К. Кумарин в составе рационов цыплят-бройлеров изменяет переваримость и трансформацию веществ корма в продукцию IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (год публикации - 2023)

7. Кван О. В., Дускаев Г. К., Картекенов К. Ш., Гвоздикова А. М. Растительные БАВ антимикробного действия:терпеноиды, сульфопроизводные и тиоцианаты Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия «Естественные и технические науки, №12, 2022 (год публикации - 2022)

8. Дускаев Г.К., Курилкина М.Я., Завьялов О.А. Влияние скармливания кверцетина на продуктивные качества и показатели крови цыплят-бройлеров Ветеринария и кормление (год публикации - 2023)

9. Дерябин Д.Г., Косян Д.Б., Инчагова К.С., Дускаев Г.К. Plant-Derived Quorum Sensing Inhibitors (Quercetin, Vanillin and Umbelliferon) Modulate Cecal Microbiome, Reduces Inflammation and Affect Production Efficiency in Broiler Chickens Microorganisms, 2023, 11, 1326. (год публикации - 2023)
10.3390/microorganisms11051326

10. Кван О.В., Дускаев Г.К., Гвоздикова А.М., Картекенов К.Ш. Метаболиты растений фенольной природы как фитобиотики нового поколения Труды Кубанского государственного аграрного университета, № 8 (101), 2022 (год публикации - 2023)
10.21515/1999-1703-101-223-231

11. Дускаев Г.К., Климова Т.А. Влияние кумарина на продуктивность, иммунитет и антиоксидантный статус здоровых цыплят-бройлеров SIBERIAN JOURNAL OF LIFE SCIENCES AND AGRICULTURE, Том: 15Номер: 3 Год: 2023 Страницы: 197-218 (год публикации - 2023)
10.12731/2658-6649-2023-15-3-197-218

12. Климова Т. А., Рахматуллин Ш. Г., Курилкина М. Я., Дускаев Г. К. Изменение химического состава мышечной ткани цыплят-бройлеров при скармливании фитохимических веществ Птица и птицепродукты (год публикации - 2024)

13. Дерябин Д.Г., Гончарова Е.Н., Комаров А.А., Дускаев Г.К. Количественное определение кверцетина, ванилина и умбиллиферона в тканях цыплят-бройлеров, получавших эти соединения в рационе кормления ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ, МЕДИЦИНСКОЙ И ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ ХИМИИ, Том: 26/ Номер: 11 Год: 2023 Страницы: 32-39 (год публикации - 2023)
10.29296/25877313-2023-11-06

14. Климова Т.А., Нуржанов Б.С., Рахматуллин Ш.Г.,Курилкина М.Я., Дускаев Г.К. Трансформация веществ и энергии корма цыплятами-бройлерами при скармливании фитохимических веществ Достижения науки и техники АПК, №12 (год публикации - 2023)

15. Курилкина М.Я., Дерябин Д.Г., Дускаев Г.К. Влияние фитобиотических добавок на качественные показатели мяса и печени цыплят-бройлеров Ветеринария и кормление, 2024. № 1. С. 66-70. (год публикации - 2024)
10.30917/ATT-VK-1814-9588-2024-1-14

16. Курилкина М.Я., Рахматуллин Ш.Г., Дускаев Г.К. Изучение эффективности влияния кверцетина на биохимические показатели тушки цыплят-бройлеров Аграрный вестник Урала, 2024. Т. 24. № 4. С. 493-509. (год публикации - 2024)
10.32417/1997-4868-2024-24-04-493-509

17. Дерябин Д.Г., Лазебник К.С., Власенко Л.В., Каримов И.Ф., Косян Д.Б., Затевалов А.М., Рахматуллин Ш.Г., Дускаев Г.К. Микроэлементный состав печени и мышечной ткани цыплят-бройлеров определяется паттерном их кишечного микробиома Микроэлементы в медицине, 2024. Т. 25. № 3. С. 75-78. (год публикации - 2024)
10.19112/2413-6174-2024-25-3-32

18. Дускаев Г.К., Нуржанов Б.С., Рахматуллин Ш.Г., Атландерова К.Н. Результаты оценки эффективности потребления корма сельскохозяйственной птицей на фоне природных растительных веществ Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture, Том 16, №5, 2024. (год публикации - 2024)

19. Дускаев Г.Л., Нуржанов Б.С., Рахматуллин Ш.Г., Курилкина М.Я., Атландерова К.С. Влияние природных растительных веществ на качественные показатели мяса сельскохозяйственной птицы Теория и практика переработки мяса, Т. 9, № 4, 2024 (год публикации - 2024)

20. Дерябин, Д. Косян, Д.; Власенко, Л.; Лазебник, К. Затевалов, А.; Каримов, И.; Дускаев, Г. Trace and Toxic Element Composition in Liver and Meat of Broiler Chicken Associated with Cecal Microbiome Community Biology, 2024, 13, 975 (год публикации - 2024)
doi.org/10.3390/biology13120975

21. Учёные РАН предложили новый подход к оценке кормовых добавок для птицы (год публикации - )

22. Дускаев Г.К., Кван О.В., Сизенцов Я., Курилкина М., Нуржанов Б.С. Оценка влияния природного органического вещества на химический состав тушки цыплят-бройлеров Вестник РУДН. Серия: АГРОНОМИЯ И ЖИВОТНОВОДСТВО, 2024;19 (3) С.477-489 (год публикации - 2024)
10.22363/2312-797X‑2024-19-3-000-000

23. Дерябин Д., Лазебник К., Власенко Л., Каримов И., Косян Д., Затевалов А., Дускаев Г. Broiler chicken cecal microbiome and poultry farming productivity: a meta-analysis Microorganisms, 2024, 12, 747. https://doi.org/10.3390/microorganisms12040747 (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.3390/microorganisms12040747

24. Дерябин Д.Г., Дускаев Г.К., Гончарова Е.Н., Климова Т.А., Лазебник К.С., Инчагова К.С., Букарева Е.А., Ларюшина И.Э. Количественное определение 4-гексилрезорцинола в мышечной ткани цыплят-бройлеров, получавших это соединение в рационе кормления, и эффект его остаточных концентраций на микробиологические характеристики готовой продукции Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии, №12, т. 27, 2024 (год публикации - 2024)

25. ДУСКАЕВ Г.К., КЛИМОВА Т.А., РАХМАТУЛЛИН Ш.Г., КУРИЛКИНА М.Я., АТЛАНДЕРОВА К.Н., ДЕРЯБИН Д.Г. Смеси фитохимических веществ изменяют продуктивность и общее состояние организма цыплят-бройлеров РОССИЙСКАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ НАУКА, 2025. – № 1. – С. 58-62. – DOI 10.31857/S2500262725010106 (год публикации - 2025)
10.31857/S2500262725010106

26. Дерябин Д. Г., Инчагова К. С., Никонорова Е. Р., Каримов И. Ф., Дускаев Г. К. Quorum Sensing in Chromobacterium subtsugae ATCC 31532 (Formerly Chromobacterium violaceum ATCC 31532): Transcriptomic and Genomic Analyses Microorganisms , 2025, 13, 1021. (год публикации - 2025)
10.3390/microorganisms13051021

Публикации

21. Учёные РАН предложили новый подход к оценке кормовых добавок для птицы (год публикации - )

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
На отчетном этапе проекта проведено более 20 экспериментов на моделях in vitro и in vivo (микроорганизмы, биосубстраты, цыплята-бройлеры). Представлены результаты исследований (подходов) к потенцированию кворум-ингибирующей активности растительных соединений, оказывающих сходное иди различное воздействие на транскриптомный профиль модельных микроорганизмов. Исследование выполнено с использованием Chromobacterium subtsugae (штамм ATCC 31532), являющегося востребованным модельным микроорганизмом при изучении феномена «кворум сенсинга». Предложена новая кормовая добавка для сельскохозяйственной птицы, на основе которой разработан способ повышения продуктивности цыплят-бройлеров (№2024133967 от 13.11.2024 г.). При разработке новой кормовой добавки для сельскохозяйственной птицы проведена серия экспериментов, представлены результаты показателей продуктивности и физиологического состояния организма цыплят-бройлеров на фоне введения различных композиций и доз гамма-лактона, коричного альдегида, кумарина (изучены коллективом ранее как ингибиторы QS). Дозировки были составлены на основе микробиологических исследований in vitro. Дана оценка мясной продуктивности по конверсии корма, установлены высокие значения отложения протеина и энергии в продукцию; коэффициенты конверсии энергии и протеина корма в тушку опытных цыплят-бройлеров. Представлены результаты биохимической оценки качества животноводческой продукции. Таким образом, введение в рацион кормления цыплят-бройлеров композиций малых молекул растительного происхождения (гамма-лактон, коричный альдегид, кумарин) положительно сказывается на поедаемости корма и его конверсии в живую массу, а также оказывает комплексное воздействие на биохимические характеристики организма птицы и качество продукции. Представлены результаты метаанализа микробных факторов, влияющих на эффективность использования корма. Предложены потенциальные биомаркеры для прогнозирования или оценки эффективности использования корма у сельскохозяйственной птицы на фоне природных кормовых добавок Результаты метаанализа закладывают основу для разработки добавок к корму, стимулирующих рост цыплят, направленных на стимуляцию полезных и ингибирование вредных бактериальных моделей, где соответствующие метагеномные данные могут быть инструментом для их контроля и отбора. Представлены результаты метаанализа биохимических факторов, влияющих на эффективность использования корма. Исследование представляет собой метаанализ подробной взаимосвязи между составом 25 основных и токсичных элементов в тканях цыплят-бройлеров, и микробным сообществом кишечника, проанализированным с использованием методов NGS. Предложена новая стратегия улучшения дефицита или избытка определенных элементов у хозяина путем модуляции микробиома кишечника, которую необходимо проверить с помощью дальнейших экспериментов in vivo. Представлены результаты органолептической, физико-химической, биохимической, микробиологической оценки качества животноводческой продукции, в т.ч. с учетом сроков хранения. С целью разработки рекомендаций по повышению качества и сроков хранения животноводческой продукции оценена возможность аккумуляции 4-гексилрезорцинола в мясе цыплят-бройлеров, получавших данное соединение в качестве добавки к основному рациону кормления, с оценкой влияния его остаточных концентраций на микробиологические характеристики продукции птицеводства. По результатам исследований разработана «Методика оценки эффективности использования новых кормовых добавок у сельскохозяйственной птицы», и подана заявка на изобретение (Способ повышения продуктивности цыплят-бройлеров (№2024133967 от 13.11.2024 г.). Подготовлено 9 журнальных статей, из которых 3 опубликованы в журналах, индексируемых в международных базах Scopus / Web of Science (в том числе Q1-Q2), а 6 опубликованы в журналах, индексируемых RSCI и иных зарубежных базах данных. По теме проекта защищена кандидатская диссертация.

Публикации

21. Учёные РАН предложили новый подход к оценке кормовых добавок для птицы (год публикации - )

Возможность практического использования результатов
По итогам проведения дополнительных исследований (участие в конкурсе на продление 2025- 2026 гг.) планируется формирование научных и технологических заделов, обеспечивающих экономический рост и социальное развитие Российской Федерации. В частности, планируется на основе результатов метаанализа заложить основу для разработки добавок к корму, стимулирующих рост сельскохозяйственной птицы, направленных на стимуляцию полезных и ингибирование вредных бактериальных моделей, где соответствующие метагеномные данные могут быть инструментом для их контроля и отбора. Кроме того, будет предложена новая стратегия улучшения дефицита или избытка определенных элементов у хозяина путем модуляции микробиома кишечника, которую необходимо проверить с помощью дальнейших экспериментов in vivo.