Разработка нового биотехнологического подхода к профилактике и лечению эндометрита у коров

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 24-16-00131

НазваниеРазработка нового биотехнологического подхода к профилактике и лечению эндометрита у коров

Руководитель Йылдырым Елена Александровна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный аграрный университет" , г Санкт-Петербург

Конкурс №92 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-104 - Агробиотехнологии

Ключевые слова микробиом, репродуктивная система, высокопродуктивные коровы, экофермы, NGS-секвенирование

Код ГРНТИ68.03.07

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Основной научной проблемой, на решение которой направлен проект, является проблема профилактики и лечения послеродовых эндометритов с целью улучшения показателей воспроизводства поголовья. Послеродовые эндометриты (воспалительные заболевания слизистой оболочки матки) - это одна из основных причин выбраковки коров в нашей стране. У многих переболевших животных существенно снижаются репродуктивная функция и возможность благополучного вынашивания плода. Несмотря на ряд проведенных исследований, эндометрит крупного рогатого скота до сих пор является предметом острых дискуссий относительно происхождения и патогенеза заболевания, а проблема его широкого распространения, профилактики и лечения остается не решенной. Состав микробиома оказывает прямое влияние на репродуктивное здоровье. Однако, до сих пор существует неопределенность в понятии «нормальная микробиота» репродуктивной системы коров. Также не найдены конкретные возбудители эндометрита, разница между здоровыми и больными животными выявлена лишь в соотношении некоторых таксонов микроорганизмов. В то же время, существующие биологические решения проблемы эндометритов не показывают достаточной эффективности. Практикующие врачи выбирают способ лечения, в основе которого - антибактериальные препараты без этапа восстановления нормоценоза, что приводит к возникновению «замкнутого круга» проблем. Для анализа в ходе проекта будет применяться комбинирование и сопоставление совокупности молекулярно-генетических, биоинформатических и микробиологических данных с фенотипически наблюдаемым физиологическим состоянием животных, их здоровьем и показателями воспроизводства, что составляет научную новизну проекта. Это позволит впервые создать целостное представление о функционировании организма хозяина и микробиома его репродуктивного тракта как единой системы. Новым подходом является проведение эксперимента на коровах, содержащихся в условиях органической фермы, с содержанием и кормлением приближенным к естественной среде обитания, в сравнении с животными-аналогами той же породы, но с высоким уровнем продуктивности, содержащимися в условиях крупного индустриального комплекса. Это позволит провести проверку выдвигаемой нами рабочей гипотезы о том, что хронические дисбиозы возникают под влиянием постоянно действующего интенсивного антропогенного давления. Будут получены новые, уточнены и дополнены существующие сведения о составе и функциях нормобиоты и патогенов влагалища и матки. Впервые будут разработаны нормы содержания (референсные значения), выявлены метаболические связи микробиоты и экспрессии генов хозяина, уточнены микробиологические и РНК-маркеры клинического и субклинического эндометрита коров. На основе полученных результатов будут разработаны новые научно-обоснованные протоколы профилактики послеродовых эндометритов, базирующихся на принципах активации и восстановления собственных защитных систем организма. Успешное выделение перспективных штаммов также составляет один из важнейших этапов всего исследовательского проекта. С одной стороны, это будет обусловлено применением нового подхода, основанного на тщательным выборе источника среды, в которой с большей вероятностью могут находиться такие штаммы: репродуктивная система клинически здоровых коров, содержание и кормление которых приближены к естественным. С другой стороны, успешный отбор штаммов будет основан на применении многоэтапного скрининга, включая комплекс исследований, часть из которых обладает нетривиальностью и долей оригинальности. Поэтому ожидается, что новый отечественный биопрепарат будет превосходить по эффективности существующие аналоги, поскольку его механизм действия будет включать как санацию репродуктивных органов скота, так и позитивное действие на организм хозяина, прежде всего, воспроизводительный статус.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Основной научной проблемой, на решение которой направлен проект, является проблема профилактики и лечения послеродовых эндометритов с целью улучшения показателей воспроизводства поголовья. В I год проекта был проведен эксперимент на коровах, содержащихся в условиях экофермы, выбранной по принципам того, что система содержания и кормления приближена к естественной среде обитания, что обеспечивает низкий уровень заболеваемости послеродовыми эндометритами в сравнении с коровами с высоким уровнем продуктивности, содержащимися в условиях крупного индустриального комплекса с неблагоприятной статистикой по заболеваемости эндометритами. При проведении NGS-секвенирования в составе микробиома эндометрия было обнаружено высокое содержание Fusobacteriota в образцах животных с клиническим и субклиническим эндометритом (до 68,2±5,38%) в условиях промышленной фермы по сравнению со здоровыми животными из обеих ферм (Р≤0,05), вероятно, Fusobacteriota связаны с воспалительными заболеваниями. Содержание сем. Lactobacillaceae в эндометрии коров из индустриального хозяйства находилось на очень низком уровне - не более 0,01±0,002%. Тогда как в экоферме их содержание было значительно выше почти во всех группах – до 9,4±0,59% (Р≤0,05). Низкая численность представителей нормобиоты – лактобактерий, могла явиться следствием дисбиозов в условиях интенсивного содержания. В условиях экофермы состав микробиоты эндометрия оказался достаточно неожиданным и не описанным ранее: нередко доминировали сем. Moraxellaceae и Diplorickettsiaceae. Результаты, полученные методом количественной ПЦР показали, что не было выявлено исключительной связи определенного таксона микроорганизмов с послеродовыми эндометритами коров: разница между здоровыми и больными животными выявлена лишь в соотношении некоторых таксонов микроорганизмов, таких, как фузобактерии и энтеробактерии. Грибы Aspergillus sp. были выявлены в условиях экофермы лишь в одной группе коров в низком количестве – до 2,0×102±13,0 клеток/г. Тем не менее, в условиях промышленной фермы Aspergillus sp. и Fusarium sp. были выявлены во всех группах в достаточно высоких концентрациях – до 4,5×105±1,4×104 и 4,9×105±2,9×104 клеток/г соответственно, что может быть связано с увлеченностью антибиотиками в условиях промышленного выращивания. Созданная с помощью метода SParse InversE Covariance Estimation модель оптимального соотношения микробного сообщества репродуктивной системы коров показала, что конкурентное исключение таких бактерий, как Fusobacterium, Helcococcus, Porphyromonas, Mageibacillus и Parvimonas, с помощью адресно направленных мероприятий, может явиться эффективным шагом на пути к поддержанию репродуктивного здоровья коров. Как во влагалище, так и в эндометрии коров были выявлены сходные группы индигенной микробиоты. Это позволяет предположить наличие функциональной системы «микробиота влагалища-эндометрий». Один из вероятных путей заселения бактериями матки коров – это горизонтальный путь - через влагалище. Результаты полногеномного NGS-секвенирования показали, что наиболее яркие отличия в микробиоме эндометрия, возникающие под влиянием заболевания эндометритом, были выявлены в численности Clostridium botulinum. Численность данного микроорганизма повышалась (на 9,0-9,6%) у коров с патологическим послеродовым периодом по сравнению со здоровыми животными в пределах индустриальной фермы (Р≤0,05). Интересно, что до настоящего времени C. botulinum, в основном, ассоциировался с кишечными заболеваниями и поражениями нервной системы. Наши данные впервые указывают на то, что C. botulinum играет биологическую роль в патогенезе заболеваний матки. Инфекции матки часто приводят к лечению антибиотиками, которые могут вызывать увеличение численности спорообразующих клостридий. Применение базы данных ANTIMIC позволило выявить гены бактериоцинов-ланбиотиков у микробиома эндометрия коров. Наибольшее количество генов было выявлено в эндометриальном микробиоме клинически здоровых коров содержащихся в условиях экофермы, что перекликается с данными по большему количеству лактобактерий и других представителей нормобиоты (Р≤0,05) в эндометрии данных животных по сравнению с индустриальной фермой. Были найдены микробиологические маркеры здоровья и патологии репродуктивной системы, был создан каталог и разработаны нормы представителей вагинальной и эндометриальной микробиоты, связанных с состоянием репродуктивного здоровья. Так, на основании метода таргетного NGS-секвенирования гена 16S рРНК было показано, что содержание представителей нормобиоты бактерий сем. Lactobacillaceae в эндометрии должно составлять не менее 0,2% для обеспечения протекторной роли. Уровень предсказанного функционального потенциала 32 путей эндометриальной микробиоты коров экофермы и 58 путей индустриальной фермы (Р≤0,05) у коров различался. Сравнение прогнозируемых путей микробиоты коров эко- и промышленной фермы показало, что модель метаболических взаимодействий между организмом хозяина и его микробиотой в условиях, благоприятствующих дисбиозам, включает снижение выраженности путей гетероферментативного молочнокислого брожения (осуществляемого, в основном, лактобактериями), путей биосинтеза витаминов и возрастание путей патогенеза, таких, как биосинтез О-антигенов. Таким образом, стандарты содержания и кормления коров, принятые в условиях экофермы, создают хорошую основу для обеспечения физиологического благополучия животных, нежели при традиционном промышленном животноводстве: перегрузка рубца концентратам, сверхпродуктивность. Эндометрит у коров проявляется как смешанная инфекция, этиологическим началом которой, по всей вероятности, является увеличение численности нежелательных микроорганизмов, присутствующих в репродуктивной системе клинически здоровых коров еще на стадии завершения лактации. Ранее значимость лактобактерий в репродуктивном тракте коров оставалась открытым вопросом. Впервые в мире изучив микробиоту эндометрия и влагалища коров с использованием комплекса молекулярно-генетических методов, мы доказали их позитивную роль в поддержании гомеостаза в репродуктивной системе у здоровых животных. Снижение содержание лактобацилл и прогнозируемых путей гетероферментативного молочнокислого брожения, а также синтеза витаминов, вероятно, является важным признаком дисбактериоза влагалища и матки коров и создает предпосылки для развития воспалительных заболеваний. В условиях интенсивного содержания происходит систематическое смещение состава и функций микробиоты коров за пределы нормы (дисбактериоз), что вероятно, и приводит к частой заболеваемости эндометритами по сравнению с выращиванием животных в условиях, приближенных к естественным, что требует обязательной коррекции микробиоты репродуктивной системы коров при промышленном содержании с помощью отселектированных штаммов лактобактерий.

Публикации

1. Йылдырым Е.А., Филиппова В.А., Ильина Л.А., Ключникова И.А., Корочкина Е.А. Эффективность новой пробиотической кормовой добавки в кормлении коров во вторую половину лактационного цикла Труды Кубанского государственного аграрного университета, «Труды Кубанского государственного аграрного университета», № 4 (113), 2024, с. 207-213, DOI: 10.21515/1999-1703-113-207-213 УДК 619:616.98:579.852.13, ГРНТИ 68.39.15 / 68.03.03, ISSN: 1999-1703 Свидетельство о регистрации СМИ: ПИ № ФС77-21434 от 30.06.2005 (год публикации - 2024)
DOI: 10.21515/1999-1703-113-207-213

2. Пресс-служба РНФ Новость в СМИ "Пробиотики улучшили репродуктивное здоровье коров" Сайт РНФ , Пресс-релиз опубликовали на сайте РНФ: Пробиотики улучшили репродуктивное здоровье коров https://rscf.ru/news/release/probiotiki-uluchshili-reproduktivnoe-zdorove-korov/ (год публикации - 2025)

3. ИА Красная весна Новость в СМИ: "Ученые доказали, что пробиотики улучшили здоровье коров и их фертильность" Информационное агентство Красная весна, Информационное агентство Красная весна https://rossaprimavera.ru/news/ab0148e8 (год публикации - 2025)

4. Сметанникова Т.С., Филиппова В.А., Йылдырым Е.А., Ключникова И.А., Ильина Л.А Влияние биологической кормовой добавки на микробиоту, показатели молочной продуктивности и воспроизводства коров голштинской породы Аграрный вестник Урала, ВЛИЯНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ КОРМОВОЙ ДОБАВКИНА МИКРОБИОТУ, ПОКАЗАТЕЛИ МОЛОЧНОЙ ПРОДУКТИВНОСТИИ ВОСПРОИЗВОДСТВА КОРОВ ГОЛШТИНСКОЙ ПОРОДЫ Сметанникова Т.С., Филиппова В.А., Йылдырым Е.А., Ключникова И.А., Ильина Л.А. Аграрный вестник Урала. 2024. Т. 24. № 12. С. 1694-1704. (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.32417/1997-4868-2024-24-12-1694-1704

5. Йылдырым Е.А. Связь эндометриального и рубцового микробиома коров XVIII МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ «БАЛТИЙСКИЙ ФОРУМ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ И ПРОДОВОЛЬСТВЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ», 12-13 СЕНТЯБРЯ 2024, г. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ. Тема доклада: «Связь эндометриального и рубцового микробиома коров», Очный доклад на конференции: XVIII МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ «БАЛТИЙСКИЙ ФОРУМ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ И ПРОДОВОЛЬСТВЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ», 12-13 СЕНТЯБРЯ 2024, г. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ. Т (год публикации - 2024)

6. Елена Йылдырым, Лаптев Георгий, Тюрина Дарья, Филиппова Валентина, Ильина Лариса, Новикова Н.И., Соколова Ксения, Пономарева Екатерина, Заикин Василий, Ключникова Ирина, Большаков Владислав, Корочкина Елена, Воробьев Николай, Гриффин Даррен, Романов Михаил. Compositional and functional metabolic shifts of the endometrial microbiota in cows (Bos taurus) during the transition period: A metagenomic next-generation sequencing approach. Frontiers in Bioscience - Elite, June 2025. Frontiers in Bioscience-Elite. https://www.researchgate.net/publication/392987248_Compositional_and_functional_metabolic_shifts_of_the_endometrial_microbiota_in_cows_Bos_taurus_during_the_transition_period_A_metagenomic_next-generation_sequencing_approach (год публикации - 2025)

7. Йылдырым Елена Александровна, Георгий Ю. Лаптев, Дарья Г. Тюрина, Валентина А. Филиппова, Лариса А. Ильина, Наталья И. Новикова, Ксения А. Соколова, Екатерина С. Пономарева, Василий А. Заикин, Ирина А. Ключникова, Елена А. Корочкина, Даррен К. Гриффин, Михаил Н. Романов Bioinformatic Data Analysis from Metagenomic Whole Genome Sequencing of Endometrial Microorganisms in Cows with Normal and Pathological Conditions V International Conference on Agriculture Digitalization and Organic Production (ADOP 2025) June 3-6, 2025, Barnaul, Altai Region, Russia (Springer Nature Singapore), V International Conference on Agriculture Digitalization and Organic Production (ADOP 2025) June 3-6, 2025, Barnaul, Altai Region, Russia (труды Springer серии SIST) (год публикации - 2025)

8. Елена Александровна Йылдырым, Татьяна Сергеевна Сметанникова, Георгий Юрьевич Лаптев, Лариса Александровна Ильина, Дарья Георгиевна Тюрина, Валентина Анатольевна Филиппова, Ирина Александровна Ключникова, Анна Александровна Фисенко, Ксения Андреевна Соколова, Большаков Владислав Николаевич ДИНАМИКА СОСТАВА МИКРОБИОТЫ ЭНДОМЕТРИЯ КОРОВ НА ФОНЕ ПРИМЕНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ КОРМОВОЙ ДОБАВКИ ВЕСТНИК КРАСГАУ Учредители: Красноярский государственный аграрный университет, Йылдырым Е.А., Сметанникова Т.С., Лаптев Г.Ю., Ильина Л.А., Тюрина Д.Г., Филиппова В.А., Ключникова И.А., Фисенко А.А., Соколова К.А., Большаков В.Н. ДИНАМИКА СОСТАВА МИКРОБИОТЫ ЭНДОМЕТРИЯ КОРОВ НА ФОНЕ ПРИМЕНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ КОРМОВОЙ ДОБАВКИ // Вестник КрасГАУ. 2025. № 6 (219). С. 150-159. (год публикации - 2025)
DOI: 10.36718/1819-4036-2025-6-150-159

9. Елена Александровна Йылдырым, Георгий Юрьевич Лаптев, Дарья Георгиевна Тюрина, Валентина Анатольевна Филиппова, Лариса Александровна Ильина, Наталия Ивановна Новикова, Ксения Андреевна Соколова, Екатерина Сергеевна Пономарева, Василий Александрович Заикин, Ирина Анатольевна Ключникова14, Владислав Николаевич Большаков, Елена Александровна Корочкина, Михаил Николаевич Романов Сравнение микробиома эндометрия коров в условиях экофермы в ранний и поздний сухостойный период Животноводство и кормопроизводство, Сравнение микробиома эндометрия коров в условиях экофермы в ранний и поздний сухостойный период / Е.А. Йылдырым, Г.Ю. Лаптев, Д.Г. Тюрина, В.А. Филиппова, Л.А. Ильина, Н.И. Новикова, К.А. Соколова, Е.С. Пономарева, В.А. Заикин, И.А. Ключникова, В.Н. Большаков, Е.А. Корочкина, М.Н. Романов // Животноводство и кормопроизводство. 2025. Т. 108. № 3. С. 21-35. (год публикации - 2025)
doi:10.33284/2658-3135-108-3-21

10. Йылдырым Е.А., Ильина Л.А., Филиппова В.А., Тюрина Д.Г., Дубровина Е.Г., Лаптев Г.Ю. Тезисы с очным докладом: "Влияние введения в рацион фитопробиотика на молочную продуктивность, состав микробиома и показатели воспроизводства коров" Сборник конференции, проводимой в виде семинара-совещания "Технологические инновации в молочном и мясном скотоводстве новые перспективы роста продуктивности животных", Конференция в виде семинара-совещания "Технологические инновации в молочном и мясном скотоводстве новые перспективы роста продуктивности животных", г. Киров (год публикации - 2025)

11. Йылдырым Е.А. Очный доклад на конференции: МИКРОБИОМ РЕПРОДУКТИВНОЙ СИСТЕМЫ КОРОВ НА ЭКО- И ИНДУСТРИАЛЬНЫХ ФЕРМАХ VII МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «МИКРОБИОТА ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ» ФГБНУ «Институт экспериментальной медицины», г. Санкт-Петербург, 18 октября 2025, VII МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «МИКРОБИОТА ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ» ФГБНУ «Институт экспериментальной медицины», г. Санкт-Петербург, 18 октября 2025 (год публикации - 2025)

12. Йылдырым Е.А. Очный доклад на конференции "МИКРОБИОМ РЕПРОДУКТИВНОЙ СИСТЕМЫ КОРОВ В НОРМЕ И ПАТОЛОГИИ. МЕТОДЫ КОРРЕКЦИИ" Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЗООТЕХНИИ И ВЕТЕРИНАРИИ» посвященной памяти доктора сельскохозяйственных наук, профессора Саввы Николаевича Хохрина, г. Санкт-Петербург, Пушкин, 11 апреля 2025 г., Международной научно-практической конференции «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЗООТЕХНИИ И ВЕТЕРИНАРИИ», посвященной памяти доктора сельскохозяйственных наук, профессора Саввы Николаевича Хохрина, г. Санкт-Петербург, Пушкин, 11 апреля 2025 г. (год публикации - 2025)

13. Мария Недюк Новость в СМИ: "Секрет фермы: пробиотики повысят продуктивность коров и сделают мясо безопаснее Как кормовая добавка с бактериями улучшит здоровье сельскохозяйственных животных" Общественно-политическая и деловая ежедневная газета "Известия" , Общественно-политическая и деловая ежедневная газета "Известия" https://iz.ru/1933652/maria-neduk/sekret-fermy-probiotiki-povysat-produktivnost-korov-i-sdelaut-maso-bezopasnee (год публикации - 2025)

14. Йылдырым Е.А. Очный доклад на конференции: УЛУЧШЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВОСПРОИЗВОДСТВА КОРОВ С ПОМОЩЬЮ ПРОБИОТИКОВ Международная научно-практическая конференция «Современные достижения в генетике и селекции сельскохозяйственных животных», посвященную 95-летию образования кафедры генетики, разведения и биотехнологии животных ФГБОУ ВО СПбГАУ, Санкт-Петербург, г. Пушкин, Петербургское шоссе, дом 2, Международная научно-практическая конференция «Современные достижения в генетике и селекции сельскохозяйственных животных», посвященную 95-летию образования кафедры генетики, разведения и биотехнологии животных ФГБОУ ВО СПбГАУ, Санкт-Петербург, г. Пушкин, Петербургское шоссе, дом 2 (год публикации - 2025)

15. Е.А. Йылдырым., В.А. Филиппова, И.А. Ключникова, К.А. Соколова, Л.А. Ильина, А.А. Савичева, Е.А. Корочкина ПРОБИОТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ, ВЫДЕЛЕННЫХ ИЗ РЕПРОДУКТИВНОЙ СИСТЕМЫ КОРОВ ЭКОФЕРМ СЕВЕРО-ЗАПАДА РФ Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture, Е.А. Йылдырым., В.А. Филиппова, И.А. Ключникова, К.А. Соколова, Л.А. Ильина, А.А. Савичева, Е.А. Корочкина. ПРОБИОТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ, ВЫДЕЛЕННЫХ ИЗ РЕПРОДУКТИВНОЙ СИСТЕМЫ КОРОВ ЭКОФЕРМ СЕВЕРО-ЗАПАДА РФ // Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture (год публикации - 2025)