Отчет за 2022

За период с 11 мая по 15 декабря 2022 года полностью выполнены все планируемые работы. На данном этапе исследований проведено более 20 экспериментов на моделях in vitro, in vivo (биосубстраты и сельскохозяйственная птица – цыплята-бройлеры). По итогам работ подготовлено 8 публикаций: 2 опубликованы в журналах, индексируемых в базах Scopus и Web of Science, 6 опубликованы в журналах, индексируемых в базе Russian Science Citation Index, в федеральную службу по интеллектуальной собственности направлено две заявки на изобретение РФ. Проведен патентный поиск по научной проблеме. Подготовлен обзор литературных данных, охватывающего более 300 литературных источников за последние десять лет.

Проведен анализ механизма развития плотностно-зависимой коммуникации у модельных зоопатогенных микроорганизмов с использованием транскриптомного анализа.

В рамках решения указанной задачи выполнены две группы экспериментов: начато исследование внутриклеточных механизмов ауторегуляции у модельного микроорганизма Chromobacterium subtsugae, по имеющимся литературным данным обладающего классической двухкомпонентной системой плотностно-зависимой коммуникации, опосредуемой автоиндуктором – ацилированным гомосерин-лактоном (АГЛ); в рамках решения задачи по отбору растительных соединений с выраженной биологической активностью для последующего исследования механизмов ингибирования плотностно-зависимой коммуникации (п.1. Плана работ на 2023 год) и обоснования подходов к потенцированию кворум-ингибирующей активности растительных соединений, оказывающих сходное иди различное воздействие на транскриптомные профили модельных микроорганизмов (п. 1 Плана работ на 2024 год) на отчетном этапе проведен фитохимический анализ экстракта листьев эвкалипта с идентификацией в нем известных и новых растительных молекул, эффективно ингибирующих плотностно-зависимую коммуникацию в биотестах на C. subtsugae.

Осуществлен метагеномный анализ микроорганизмов слепого отдела кишечника цыплят-бройлеров.Осуществлен отбор проб микроорганизмов тонкого и подвздошного отделов кишечника, осуществляется метагеномный анализ (1 серия).

Сравнительный анализ микробного состава содержимого слепого отдела кишечника контрольной и опытных групп показал ряд изменений. Добавление в качестве кормовой добавки кверцетина, кумарина, ванилина и их сочетаний показало увеличение представителей филума Firmicutes. Учитывая современный взгляд о данном филуме как наиболее важном представителе нормальной микрофлоры млекопитающих, играющем ведущую роль расщеплении сложных полисахаридов, подавляющем рост патогенных микроорганизмов, усиливающем защитную функцию стенок кишечника и синтезирующем короткоцепочечные жирные кислоты, указанные изменения можно оценивать, как достаточно благоприятные.

При этом количество представителей филума Bacteroidetes снизилось в 5 раз относительно контрольной группы и в 2,3 — 4,5 раза в сравнении с опытными группами. При этом оценка подобного снижения не столь однозначна: филум также считается представителем нормальной микрофлоры млекопитающих, хотя его отдельные представители описаны в качестве патогенетически значимых участников ряда заболеваний. С позиций же задач настоящего проекта снижение относительного присутствия бактериоидов в кишечнике сельскохозяйственных животных всё-таки может быть признано благоприятным исходом, поскольку представители названного филума в настоящее время рассматриваются как одни из причин снижения веса.

Сравнительная оценка эффективности потребления корма с особенностями бактериального сообщества в кишечнике птицы на фоне природных растительных веществ показала, что группа «Кверцетин+Кумарин» и группа «Ванилин» характеризовались более низким количеством потребленного корма за период эксперимента, на фоне низких затрат на 1 кг прироста живой массы, по сравнению с контролем и другими группами. Живая масса более высокой оказалась в группе «Ванилин» а в группе «Кверцетин+Кумарин» была практически одинакова с контролем. Среди особенностей бактериального сообщества следует отметить, доля представителей филумов Firmicutes и Bacteroidetes в кишечнике птицы составили у данных групп 75-79 % и 19-24 % соответственно, увеличение представителей родов Faecalibacterium в 2,8 раза, неклассифицируемых Clostridiales – в 2,9 раза, на фоне уменьшения бактерий рода Bacteroides в 2,3 раза. Таким образом, эффективность потребления корма цыплят-бройлеров тесно связана с численностью представителей филумов Firmicutes и представителей родов данного филума. Получены экспериментальные данные по переваримости отдельных компонентов корма, балансу минеральных веществ, продуктивности и конверсии питательных веществ, дана оценка качеству продуктов убоя. Кроме того, выполнен анализ метаболомных профилей биосубстратов организма сельскохозяйственной птицы на фоне скармливания природных растительных веществ. С этой целью было проведено 3 серии экспериментов на сельскохозяйственной птице (цыплята-бройлеры) при раздельном скармливании веществ (кверцетин, ванилин, кумарин) и 4-я серия – для оценки влияния сочетаний веществ на организм птицы и её продуктивность.

Установлено, что введение по отдельности в рацион цыплят-бройлеров 7-гидроксикумарина в дозе 2 мг на 1 кг живой массы в сутки, ванилина в дозе 0,25-0,5 мг на 1 кг живой массы в сутки и кверцетина в дозировке 5 мг на 1 кг живой массы в сутки, положительно сказывается на поедаемости корма и конверсии веществ в тело, а также оказывает комплексное воздействие на биохимические характеристики организма птицы, в том числе проявляющиеся в повышенном накоплении ряда веществ в мышечной ткани птицы. Введение в рацион кормления цыплят-бройлеров малых молекул растительного происхождения в сочетаниях кверцетин + 7-гидроксикумарин и гидроксикумарин + ванилин, положительно сказывается на поедаемости корма и его конверсии в живую массу, а также оказывает комплексное воздействие на иммунитет, биохимические характеристики организма птицы и качество продукции. Подготовлены заявки на изобретения: «Способ кормления цыплят-бройлеров», заявка на изобретение РФ № 2022120847 от 29.07.2022 г. «Кормовая добавка для цыплят-бройлеров», заявка на изобретение РФ № 2022120853 от 29.07.2022 г.

Отчет за 2023

По результатам исследований представлено описание (экспериментальные данные) механизмов ингибирования плотностно-зависимой коммуникации в отношении предварительно отобранных растительных соединений с выраженной биологической активностью. Исследование выполнено в отношении коричного альдегида, 7-гидроксикумарина (умбиллиферона) и производных гамма-лактона, охарактеризованных как растительные соединения с выраженным ингибирующим эффектом на системы плотностно-зависимой коммуникации (англ. — quorum sensing; QS) патогенных и условно-патогенных бактерий. Совокупность полученных данных впервые позволяет связать механизм биологической активности гамма-лактонов с их взаимодействием с рецепторным белком системы QS, следствием которого является блокада восприятия нативного лиганда-автоиндуктора. В свою очередь обнаружение иных механизмов биоактивности у коричного альдегида (нарушение биосинтеза автоиндуктора) и 7-гидроксикумарина (вероятное воздействие на «поздние» внутриклеточные пути реализации QS) формирует научно-обоснованную стратегию комбинированного использования малых молекул растительного происхождения, ориентированной на достижение потенцированного анти-QS эффекта.

Проведены четыре серии экспериментов, направленных на метагеномный анализ микроорганизмов, слепого, подвздошного и тонкого отделов кишечника птицы, в качестве добавок к основному рациону, получавших различные молекулы растительного происхождения. В целом сравнение результатов первой и второй экспериментальных серий формирует взгляд на кверцетин и ванилин как на малые молекулы растительного происхождения, оказывающие на микробиом слепого отдела кишечника птицы различное и в значительной степени противоположное действие. При этом кверцетин смещает соотношение Bacillota и Bacteroidota в сторону последнего филума, а ванилин обуславливает обратный эффект, обуславливая относительное доминирование филума Bacillota со стимуляцией развития ряда входящих в его состав родов. Одновременно полученные результаты формируют базу данных для сравнительной оценки эффективности потребления корма с особенностями бактериального сообщества в кишечнике сельскохозяйственной птицы на фоне кормового использования природных растительных веществ. Особенностью результата метагеномного анализа тонкого кишечника оказалось достаточно высокое присутствие микроорганизмов филума Pseudomonadota, редко встречающегося в других отделах кишечника цыплят-бройлеров контрольной группы. В большинстве же опытных групп использование малых молекул растительного происхождения позволило достичь выраженного снижения представленности филума Pseudomonadota в 2,6-5,6 раз по отношению к контролю с его замещением на филум Bacteroidota. Важность данного результата определяется тем, что, хотя доля бактерий названного филума в кишечнике птицы исходно составляла около 1%, именно его представители являются наиболее значимыми патогенными и условно-патогенными микроорганизмами, использующими системы плотностно-зависимой коммуникации для индукции факторов вирулентности и образования биопленок. Тем самым полученный результат подтверждает исходную гипотезу о возможности использования малых молекул растительного происхождения в качестве возможной альтернативы кормовым антибиотикам. В рамках плана работ было проведено 3 серии экспериментов на сельскохозяйственной птице (цыплята-бройлеры) при раздельном скармливании веществ (коричный альдегид) и оценки влияния сочетаний веществ на организм птицы и её продуктивность.

Представлены результаты показателей продуктивности и физиологического состояния организма цыплят-бройлеров на фоне сочетаний растительных молекул. Дозировки при составлении сочетаний были составлены исходя из их синергетического действия на основе микробиологических исследований in vitro. Введение в рацион кормления цыплят-бройлеров малых молекул растительного происхождения в сочетаниях кверцетин + ванилин и кверцетин + ванилин + кумарин, положительно сказывается на поедаемости корма и его конверсии в живую массу, а также оказывает комплексное воздействие на антиоксидантный статус, биохимические характеристики организма птицы и качество продукции.

Представлены результаты показателей продуктивности и физиологического состояния организма цыплят-бройлеров на фоне введения различных доз коричного альдегида (изучен коллективом ранее как ингибитор QS). Введение в рацион кормления цыплят-бройлеров малых молекул растительного происхождения коричного альдегида (в дозе 30 мг/кг корма /сут), положительно сказывается на поедаемости корма и его конверсии в живую массу, а также оказывает комплексное воздействие на антиоксидантный статус, биохимические характеристики организма птицы и качество продукции.

Представлены результаты показателей продуктивности и физиологического состояния организма цыплят-бройлеров на фоне сочетаний растительных молекул. Введение в рацион кормления цыплят-бройлеров композиций малых молекул растительного происхождения (коричный альдегид + кверцетин и коричный альдегид + кверцетин + 7-гидроксикумарин) положительно сказывается на поедаемости корма и его конверсии в живую массу, продуктивности птицы, а также оказывает комплексное воздействие на биохимические характеристики организма птицы и качество продукции. Проведена оценка качества продуктов убоя цыплят-бройлеров с акцентом на идентификацию в них немясных ингредиентов растительного происхождения, использованных в системах кормления основных экспериментальных серий.

Результат проведенного исследования свидетельствует о безопасности кормового использования названных малых молекул растительного происхождения, исключающей их дальнейшую миграцию по пищевым цепям. Поданы заявки и получены 2 патента на изобретения РФ.