Проблема антибиотикорезистентности является одной из основных в современном мире, поскольку возникновение механизмов устойчивости у бактерий к антибиотическим соединениям приводит к снижению эффективности лечения инфекционных заболеваний как у животных, так и у людей, потребляющих продукты животного происхождения. Использование фитохимических веществ — вторичных метаболитов растений, представленных терпеноидами, алкалоидами и фенольными соединениями – в кормлении жвачных животных, и в особенности крупного рогатого скота как альтернатива антибиотическим стимуляторам роста, позволяет не только улучшить вкусовые качества и привлекательность рациона, но и в связи с липофильностью и малыми размерами активных молекул позволяет эффективно воздействовать на клеточные мембраны патогенных микроорганизмов. Данная способность приводит к дезорганизации клеточных структур прокариот и ингибированию процессов кворум-сенсинга, что препятствует распространению инфекций и улучшает общую микробиоту кишечного тракта. Фитохимические вещества способствуют снижению численности метаногенных и аммиак-продуцирующих бактерий в рубце, вследствие чего происходит снижение выбросов парниковых газов. Фитохимические вещества положительно влияют на увеличение общей бактериальной массы в рубце, разнообразный микробиом улучшает ферментацию кормов, способствуя эффективному извлечению питательных веществ, что приводит к более полному расщеплению труднопереваримой клетчатки. Фитохимические вещества обладают противовоспалительными, антиоксидантными свойствами, они могут ингибировать перекисное окисление мембранных липидов, хелатировать металлы и стимулировать выработку антиоксидантных ферментов, способствуют борьбе со свободными радикалами и окислительным стрессом, который может негативно сказаться на здоровье и производительности животных.
Модификация фитохимических молекул атомами переходных металлов может привезти к их большей реакционной способности в отношении микробиома, способствующая оптимизации биохимических процессов в рубце крупного рогатого скота. Однако, эффективность и безопасность применения комплексов фитохимическое вещество — металл зависит от многих факторов, что побуждает к более детальному и всестороннему изучению подобных соединений. В этой связи исследования, планируемые в представленном проекте, являются актуальными.
Актуальность решения обозначенной проблемы подтверждается, в том числе, реализацией задач приоритета научно-технологического развития Российской Федерации, а именно – «переход к высокопродуктивному и экологически чистому агро- и аквахозяйству, разработку и внедрение систем рационального применения средств химической и биологической защиты сельскохозяйственных растений и животных, хранение и эффективную переработку сельскохозяйственной продукции, создание безопасных и качественных, в том числе функциональных, продуктов питания» и распоряжения Правительства Российской Федерации № 2045-р (2017 г.) о принятии «Стратегии предупреждения распространения антимикробной резистентности в Российской Федерации на период до 2030 года», направленного в том числе на замещение традиционных антимикробных препаратов новыми природными химическими соединениями растительного происхождения.
Научная значимость определяется недостатком объективной информации о совместном действии комплексов фитохимическое вещество – металл в организме крупного рогатого скота, а именно фитохимическое вещество (кверцетин, ванилин и 7-гидроксикумарин) –металл (кобальт, медь, цинк), на ферментацию in vitro, рубцовый метаногенез и метаболом, а также на численность и разнообразие микробных популяций.
Научная новизна проекта состоит в том, что впервые будут изучены механизмы действия фитохимических веществ с модификацией этих веществ (молекул) атомами переходных металлов потенциально приводящей к их большей реакционной способности (в условиях потенцирования эффекта) в отношении микробиома рубца жвачных.