Молекулярные и генетические аспекты пробиотических дрожжей как основа регуляции микробиоты желудочно-кишечного тракта сельскохозяйственных животных и птицы.

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 23-16-00167

НазваниеМолекулярные и генетические аспекты пробиотических дрожжей как основа регуляции микробиоты желудочно-кишечного тракта сельскохозяйственных животных и птицы.

Руководитель Артемьева Ольга Анатольевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр животноводства - ВИЖ имени академика Л.К. Эрнста" , Московская обл

Конкурс №80 - Конкурс 2023 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 пробиотики, дрожжи, микроорганизмы, микробиота кишечника, куры

Код ГРНТИ62.09.39, 68.03.07, 68.39.37

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Изучение и поддержание здоровой микрофлоры - одно из перспективных направлений в лечении физиологических расстройств и предотвращении многих заболеваний сельскохозяйственных животных. Использование инновационных технологий для понимания механизмов действия пробиотических бактерий, кишечных пептидов, бактериальных метаболитов и лекарств, воздействующих на микробиоту кишечника, открывает новые возможности в познании путей протекания патологических процессов и разработке способов борьбы с ними. Цель данного проекта – комплексное изучение выделенных из желудочно-кишечного тракта животных и птицы новых штаммов пробиотических дрожжей. Объектом исследования будут служить животные, различные по типу пищеварения, генотипу, среде и месту обитания и штаммы дрожжей, выделенные из содержимого желудочно-кишечного тракта этих животных. На сегодняшний день в мире только штаммы вида Saccharomyces boulardii используются в качестве пробиотиков, однако дрожжи других видов также показали хороший пробиотический потенциал и высокую антимикробную активность, что делает актуальной работу по выделению и изучению новых штаммов. Заявляемый проект носит комплексный характер, а полученные результаты фундаментальных исследований будут направлены на получение нового пробиотического штамма дрожжей, способного продуцировать каротин и витамины группы В, для благотворного воздействия на микробиом кишечника сельскохозяйственных животных и птицы. Полученные результаты и выделенный штамм найдут своё применение в биотехнологии производства пробиотических препаратов для сельскохозяйственных животных и в практике животноводства и птицеводства для нормализации микробиоты кишечника. Результаты проекта будут способствовать расширению фундаментальных знаний о молекулярно-генетических механизмах, влияющих на экспрессию генов биосинтеза каротина и витаминов группы В у пробиотических дрожжей, что позволит использовать штаммы, способных продуцировать эти вещества непосредственно в желудочно-кишечном тракте сельскохозяйственных животных и птицы, способствуя регуляции микробиоценоза. Будет создан банк культур дрожжей, в который войдут все выделенные в результате работы штаммы. Будет предложен способ лабораторного культивирования пробиотического штамма дрожжей и способ использования в кормлении сельскохозяйственной птицы для нормализации микробиоты кишечника. Таким образом, проект имеет как фундаментальное, так и прикладное значение.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Довыденкова М.В. , Колодина Е.Н., Никанова Д.А., Логвинова Т.И. , Артемьева О.А. Эффективность использования каротинсинтезирующих дрожжей Rhodotorula spp. в кормлении сельскохозяйственных животных Животноводство и кормопроизводство, Т. 107, № 2. С. 149-169. (год публикации - 2024)
10.33284/2658-3135-107-2-149

2. Никанова Д.А,, Колодина Е.Н., Двыденкова М.В., Артемьева О.А. Антагонистическая активность грибов вида Rhodotorula mucilaginosa, выделенных из желудочно-кишечного тракта сельскохозяйственных животных. ВЕТЕРИНАРИЯ И КОРМЛЕНИЕ, № 6. С. 67-70. (год публикации - 2024)
10.30917/ATT-VK-1814-9588-2024-6-15

3. Колодина Е.Н., Никанова Д.А., Довыденкова М.В., Артемьева О.А., Солина А.Ю. Морфо-биохимические исследования дрожжей Rhodotorula mucilaginosa. ВЕТЕРИНАРИЯ И КОРМЛЕНИЕ, №2, 2025 (год публикации - 2025)
10.30917/ATT-VK-1814-9588-2025-3-14

4. Никанова Д.А., Артемьева О.А., Колодина Е.Н., Довыденкова М.В. Сравнительная оценка микробного состава рубца крупного и мелкого рогатого скота ДОСТИЖЕНИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ АПК, Т. 38, № 9. С. 63-68. (год публикации - 2024)
10.53859/02352451_2024_38_9_63

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В отчетном году дополнительно собрано 50 образцов содержимого желудочни-кишечного тракта сельскохозяйственных животных. Из них выделен 101 изолят дрожжей, 2 из которых идентифицированы молекулярно-генетическим методом до вида R. mucilaginosa и использованы в дальнейшей работе. В результате анализа генома было выявлено 33 региона предположительно являющихся кластерами синтеза функциональных вторичных метаболитов. Большинство найденных кластеров синтеза содержат гены NRPS (Non-ribosomal peptide synthetase cluster) и T1PKS (Type I PKS Polyketide synthase). Дополнительно найдено 7 кластеров синтеза терпеновых соединений. Установлены два типовых биохимических пути (alpha-Carotene + [Reduced NADPH---hemoprotein reductase] + Oxygen <=> alpha-Cryptoxanthin + [Oxidized NADPH---hemoprotein reductase] + H2O), приводящих к биосинтезу бета-каротинов и абсцизовой кислоты, и имеющих, соответственно, хромофоры в синей и зеленой частях видимого спектра: beta-Carotene biosynthesis, GGAP => beta-carotene и фbscisic acid biosynthesis, beta-carotene => abscisic acid. В результате секвенирования было получено 9,830,742 парноконцевых чтений (2x300 bp) с общим выходом в 6 Гб. Проведено дополнительное картирование коротких высокоточных ридов полученных с помощью Illumina MiSeq. Представлен схематический граф геномной сборки. Получена полная хромосомная сборка генома исследуемого микроорганизма. Проведено культивирование 26 штаммов R. mucilaginosa, получена биомасса дрожжей, определены продуценты внутриклеточных вторичных метаболитов каротиноидной природы и изучен аминокислотный состав. По результатам исследования всех штаммов в качестве лидерных были отобраны 8: Pf 39, Sr 40, Cm 70, Chc 65, Chli 32, Chli 49, Chc 60, Cm 17. У штамма R. mucilaginosa Chli 49 методом ВЭЖХ был выявлен гораздо больший уровень содержания веществ искомой структурной группы по сравнению со штаммом R. mucilaginosa Chc 65. В тоже время у образца R. mucilaginosa Chli 65 наблюдается присутствие торулино-подобных метаболитов, отличных от таковых для R. mucilaginosa Chli 49. Различное число пиков, регистрируемое на указанных длинах волн на фоне локальных различий в их хроматографической подвижности позволил резюмировать, что штамм R. mucilaginosa Chli 49 продуцирует, по крайней мере, две группы метаболитов β-каротиноидной природы, группу торулина и/или его производных, а также полное отсутствие или остаточные количества каротиноидов ретинольного ряда. Лидирующим штаммом по содержанию (г/100г) аминокислот был штамм R. mucilaginosa Chc 65. Уровень незаменимых аминокислот, таких как метионин и лизин составил 0,127 и 0,468 г/100 гр. нативного продукта. Изучение пробиотического потенциала показало, что наиболее выраженный коэффициент выживаемости в разных значениях рН, содержанию NaCl и желчи показали штаммы: R. mucilaginosa Chli 49 и Chc 65. В результате опытов in vitro на мышах удалось установить, что при пероральном введении 20 г/кг в максимально возможных объемах и дозах исследуемые штаммы не вызывают гибели экспериментальных животных. Морфологическая картина внутренних органов экспериментальных мышей не отличается от таковой, наблюдаемой у контрольных животных. Гистоструктура исследованных органов опытных крыс была аналогична таковой контрольной группы. На основе полученных результатов разработаны паспорта на два штамма (R. mucilaginosa Chli 49 и R. mucilaginosa Chc 65), показавшие максимальное содержание каротиноидов в количестве 21,71 и 18,60 мкг/г сырой биомассы (с преобладанием каротиноидов неполярной природы). Соотношение незаменимых аминокислот к общему их содержанию составило 39,2 и 38,5%, при том, что в биомассе штамма Rh. mucilaginosa Chc 65 содержание незаменимых аминокислот в 1,3 раза больше, чем в R. mucilaginosa Chli 49. Исходя из полученных данных по привесам, паталагоанатомического вскрытия и гистологических исследований дрожжи штаммов R. mucilaginosa могут быть отнесены к 6 классу токсичности – относительно безвредного вещества и использоваться в качестве пробиотической культуры.

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В условиях ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста завершены комплексные научные исследования по изучению влияния дрожжей Rhodotorula mucilaginosa на организм цыплят-бройлеров кросса «Смена 9». Работа проводилась в рамках исследований, направленных на разработку новых эффективных и безопасных способов повышения продуктивности в птицеводстве. Установлен стимулирующий эффект на рост и эффективность кормления. Применение дрожжей R. mucilaginosa обеспечило достоверное увеличение конечной живой массы цыплят на 4,5%, повышение среднесуточного прироста на 9,9% и значительное улучшение конверсии корма (до 1,72). Интегральный показатель эффективности выращивания (EPEF) достиг максимального значения 463,9 при 100%-й сохранности поголовья в опытных группах. Доказано улучшение усвоения питательных веществ. Добавка способствовала повышению переваримости ключевых компонентов рациона: сырого протеина (на 3,55%), жира (на 6,89%) и сырой клетчатки (на 7,9%). Обнаружено положительное влияние на качество мяса. Установлено, что дрожжи R. mucilaginosa обогащают аминокислотный состав мяса, существенно увеличивая содержание лизина (на 20.7%) и вкусообразующих аминокислот (глутамата, глицина, аланина), что потенциально улучшает его питательную ценность и сенсорные свойства. Подтвержден выраженный иммуномодулирующий и антиоксидантный эффект. Добавка активировала систему неспецифической резистентности: повысила активность комплемента лизоцима в 3,8 раза, бактерицидную активность сыворотки крови на 16,6% и обогатила организм птицы каротиноидами без признаков окислительного стресса. Выявлены пробиотическое, пребиотическое действие и оптимизация микробиоты. Впервые для R. mucilaginosa показана способность стимулировать рост полезной микрофлоры кишечника, в частности, бифидобактерий и ключевых продуцентов бутирата (Faecalibacterium prausnitzii, Eubacterium rectale), что создает основу для улучшения пищеварения и здоровья кишечника. По большинству изученных параметров (продуктивность, переваримость жира, иммунный ответ) дрожжи после заморозки показали преимущество перед нативными, что указывает на перспективность данного метода подготовки добавки. Проведенные исследования доказали высокую эффективность дрожжей Rhodotorula mucilaginosa в качестве многофункциональной кормовой добавки для бройлеров, комплексно улучшающей продуктивность, здоровье и качество продукции. Наиболее перспективной формой применения отмечены дрожжи после заморозки. Полученные результаты имеют важное значение для разработки новых ресурсосберегающих технологий в мясном птицеводстве.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Результаты проекта обладают высоким потенциалом для коммерциализации и внедрения в агропромышленный комплекс России, обеспечивая значительный экономический эффект и социальные выгоды. Сформирован важный научно-технологический задел для импортозамещения: создана уникальная отечественная коллекция штаммов, изучены их свойства и отобраны высокоэффективные пробиотические штаммы R. mucilaginosa Chli 49 и Chc 65. Их депонирование и разработанная технология применения формируют основу для новой отечественной биотехнологии в кормопроизводстве, снижая зависимость от импортных аналогов. На основе результатов может быть создана новая высокоэффективная продукция – инновационная многофункциональная кормовая добавка для птицеводства, одновременно улучшающая качество конечного продукта (мяса) за счёт обогащения его аминокислотного состава. Это позволяет выводить на рынок продукцию с повышенной пищевой и потребительской ценностью. Внедрение технологии способна обеспечить прямой экономический рост за счёт повышения эффективности птицеводческих предприятий: увеличение выхода мяса (прирост на 4,5%), снижение затрат на корма (улучшение конверсии на 23%), повышение сохранности поголовья и улучшение переваримости питательных веществ. Это повышает конкурентоспособность и рентабельность отрасли.