30.05.2018
Пребиотический эффект фермента Ровабио на кишечную микрофлору цыплят / The prebiotic effect of the Rovabio enzyme on the intestinal microflora of chickens
В последние годы, в связи запретом на использование кормовых антибиотиков как стимуляторов роста в европейских странах, вопрос поиска альтернативных препаратов стал особенно острым. В связи с этим на рынок кормовых ингредиентов хлынул поток разнообразных продуктов, в корне отличающихся не только по своей химической природе, но и по механизму действия.
Заменой кормовым антибиотикам служат продукты, которые условно можно разделить на 2 группы. Средства из первой группы обладают прямыми противовоспалительным и антимикробными свойствами: эфирные масла, алкалоиды и некоторые органические кислоты (а также их комплексные препараты). Продукты же второй группы модифицируют кишечную микрофлору, являясь по своей природе либо живыми культурами полезных микроорганизмов (пробиотики), либо неперевариваемыми макроорганизмом субстратами, более-менее избирательно стимулирующими рост нормальной кишечной микрофлоры (пребиотики).
Помимо разработки специализированных продуктов, помогающих поддерживать целостность и нормальную работу кишечника в условиях промышленного птицеводства, внимание ученых привлекает тема положительного и отрицательного влияния различных составных компонентов комбикорма на физиологические и микробиологические процессы в кишечнике. Так, известно, что одним из важных негативных факторов, воздействующих на процессы пищеварения и микрофлору кишечника у моногастричных животных, являются содержащиеся в значительных количествах в зерне злаковых культур некрахмалистые полисахариды (НПС), которые обуславливают такие проблемы, как повышение вязкости кишечного содержимого и т.н. «эффект клетки». Последний выражается в снижении доступности питательных веществ пищеварительным ферментам из-за задержки их высокомолекулярными соединениями НПС. Вследствие этого ухудшается переваримость комбикорма, а непереваренные компонненты пищи вещества, в свою очередь, становятся питательной средой для развития сальмонелл, Cl. perfringens и других условно-патогенных микроорганизмов. Поэтому кормовое сырье, содержащее большое количество некрахмалистых полисахаридов (ячмень и пшеница), считается способствующим развитию дисбактериоза и некротического энтерита.
С целью уменьшения отрицательного воздействия НПС уже довольно длительное время используются энзимы глюкозид-гидролазы — кормовые ферменты, расщепляющие некрахмалистые полисахариды (НПС-ферменты). Прямым следствием их использования является улучшение переваримости питательных веществ из-за снижения «эффекта клетки». При этом НПС под воздействием кормовых ферментов расщепляются, главным образом до более мелких полисахаридов и олигосахаридов. Некоторая часть их усваивается, но значительная часть остается неабсорбированной.
Какова же судьба продуктов расщепления НПС под воздействием ферментов? Можно ли их рассматривать в качестве пребиотических факторов для нормальной кишечной микрофлоры аналогично другим углеводным соединениям (таким как фрукто- и галактоолигосахариды, некоторые моно- и дисахариды), давно рассматриваемым и применяемым в качестве пребиотиков? Возможно ли пребиотическим эффектом этих продуктов гидролиза полисахаридов НПС-ферментами объяснить многочисленные свидетельства положительного воздействия данной группы кормовых добавок на кишечный микробиоценоз, или это связано исключительно со снижением содержания в химусе непереваренных веществ?
Чтобы ответить на эти вопросы, необходимы разносторонние исследования состава кишечной микрофлоры, химического состава химуса, а также гистологической структуры слизистой оболочки кишечника, без которых не имеет практического смысла вести речь о наличии пребиотических свойств у какого-либо соединения. И, конечно же, прежде чем говорить о пребиотическом эффекте каких-либо веществ, необходимо убедиться в реальном воздействии данных соединений на продуктивность птицы.
С этой целью коллективом ученых (N. Yacoubi, L. Saulnier, E. Bonnin et al.) из нескольких научных организаций (INRA, Франция; Ghent University, Бельгия; Adisseo, Франция) была проведена совместная научно-исследовательская работа по изучению влияния фракции водорастворимых арабиноксиланов пшеницы, полученной с предварительной обработкой НПС-ферментом Ровабио Эксель LC, на продуктивность и здоровье кишечника цыплят, выращиваемых на пшеничном рационе. О результатах исследования далее и пойдет речь в данной статье.
Схема опыта
Для эксперимента из зерна пшеницы были получены водорастворимые фракции арабиноксиланов путем водной трехчасовой экстракции: в присутствии мультиэнзимного фермента Ровабио Эксель LС (фракция WE) и без предварительной обработки данным препаратом (фракция WC). Дальнейшее извлечение фракций из раствора производили методом преципитации 65%-ным этанолом.
Отметим, что при последующем изучении химического состава водорастворимых полисахаридных фракций пшеницы, подвергнутых предварительной мультиэнзимной обработке, не было отмечено существенных изменений в количестве нейтральных сахаров, однако существенным образом статистически достоверно снизился молекулярный вес арабиноксиланов и их степень полимеризации по сравнению с необработанной ферментом фракцией полисахаридов.
Полученные таким образом фракции полисахаридов, предварительно обработанные ферментом (группа WE) и необработанные (группа WC), вводили в рационы птицы опытных групп количестве 0,1% в комбикорма одинакового состава, содержащие в качестве основных компонентов пшеницу, соевый, рапсовый и подсолнечный шрот. Рацион без добавления полисахаридов был принят как негативный контроль (NC). Для проведения исследования было отбрано 288 суточных цыплят-бройлеров кросса Ross PM3, распределенных в 3 подопытных группы WE, WC и NC по 96 цыплят (каждая группа включала 8 клеток по 12 птиц). ПРодолжительность эксперимента период составила 14 дней. Изучаемыми параметрами являлись потребление корма, прирост массы тела и конверсия корма, инфильтрация T-лимфоцитов и концентрация L-клеток в слизистой оболочке кишечника, содержание короткоцепочечных органических кислот (SCFAs) в кишечном содержимом, а также состав микрофлоры подвздошной кишки и слепых отростков.
Результаты исследования и обсуждение
Как хорошо видно на рис. 1, добавление в рацион птицы 0,1% водорастворимой фракции полисахаридов пшеницы, полученной с помощью предварительной обработки зерна пшеницы НПС-ферментом (группа WE), привело к существенному увеличению потребления корма и, как следствие, к достоверному увеличению на 14% живого веса цыплят (p<0,05) в 14-дневном возрасте по сравнению с отрицательным контролем (NC). В то же время добавление такого же количества полисахаридной фракции пшеницы без предварительной обработки ферментами (WC) никакого воздействия на показатели потребления корма и рост птицы не оказало. Однако предварительная обработка полисахаридов пшеницы ферментом не дала достоверного влияния на конверсию корма. Таким образом, предварительно можно сделать вывод, что водорастворимые продукты ферментации мультиэнзимными кормовыми ферментами вероятно обладают ростостимулирующим свойством в первые две недели жизни цыплят. О том, каков возможный механизм такого воздействия, нам подсказывают следующие данные.
Рис. 1. Потребление корма, привес и конверсия корма в экспериментальных группах
В результате иммуногистохимической идентификации T-лимфоцитов в слизистой оболочки подвздошной кишки и слепых отростков по CD3 антигену (см. рис. 2) было установлено, что у цыплят подопытной группы WE вдвое снижена инфильтрация данными иммунокомпетентными клетками, что говорит о значительном торможении воспалительных процессов в кишечнике у цыплят группы WE. Общепризнано, что именно воспалительные процессы играют основную роль в снижении продуктивности животных и птицы, поскольку приводят к серьезным общим и местным гуморальным сдвигам и нарушениям в обмене веществ.
Рис. 2. Инфильтрация T-клетками слизистой оболочки слепых отростков и подвздошной кишки
Не менее интересными оказались результаты подсчета концентрации L-клеток в ворсинках и криптах подвздошной кишки цыплят подопытных групп (см. рис. 3). L-клетки — наиболее многочисленные эндокринные клетки кишечника, входящие вместе с поджелудочной железой в состав гастроэнтеропанкреатической эндокринной системы. Они синтезируют несколько пептидных гормонов, одним из наиболее важных является глюкагоноподобный пептид-2 (GLP-2). Данный гормон вызывает ускорение процессов пролиферации и регенерации клеток кишечного эпителия, ускоряет местный кровоток, а также процессы всасывания и использования питательных веществ. Как оказалось, добавление в рацион цыплят водорастворимых продуктов ферментации полисахаридов пшеницы провело к практически трехкратному увеличению концентрации L-клеток в слизистой оболочке кишечника, что является доказательством очень значительного, пусть и косвенного, влияния НПС-ферментов на гормональные и физиологические процессы в желудочно-кишечном тракте цыплят. В то же время использование в рационе цыплят полисахаридов, не подвергнутых предварительной ферментной обработке, привело к незначительным изменениям плотности L-клеток в подвздошной кишке по сравнению с отрицательным контролем.
Рис. 3. Концентрация L-клеток в подвздошной кишке
Наряду с гистологическими, иммунологическими сдвигами в кишечнике, как выяснилось, наиболее значительные изменения были отмечены в содержании короткоцепочечных органических кислот в слепых отростках цыплят экспериментальной группы WE. На фоне скармливания предварительно ферментированной фракции полисахаридов пшеницы в содержимом слепых отростков существенно увеличилась концентрация уксусной и масляной кислот, не только являющихся ценным энергетическим материалом, но и обладающих антимикробными свойствами в отношении многих условно-патогенных организмов. Видимо, именно этими изменениями и можно объяснить повышение устойчивости и снижение повреждений кишечника птиц к экспериментальному заражению сальмонеллами и Cl. perfringens на пшеничном рационе при использовании НПС-ферментов. При этом в большинстве случаев только одновременное применение НПС-ферментов и альтернативных антибактериальных препаратов, таких как органические кислоты и их соли, эфирные масла, пробиотики и пребиотики, позволяет в значительной мере восстановить продуктивность птицы при подобном заражении (2, 3, 4).
Рис. 4. Концентрация короткоцепочечных жирных кислот в подвздошной кишке и слепых отростках
Если обратить внимание на рис. 5, то можно найти объяснение повышению концентрации уксусной и масляной кислот в содержимом слепых отростков: как видно из представленной диаграммы, отображающей изменение состава микрофлоры в кишечнике (данные получены с помощью идентификации бактерий методом секвенирования гена 16S рибосомальной РНК), ввод в состав комбикорма ферментированной НПС-ферментом фракции водорастворимых полисахаридов пшеницы способствовало значительному относительному увеличению анаэробных микроорганизмов семейств Lachnospiraceae
и Ruminococcaceae — известных продуцентов короткоцепочечных органических кислот. В частности, в современной медицине бактериям семейства Lachnospiraceae
приписывается важнейшая роль в предотвращении рака толстого отдела кишечника именно благодаря активному биосинтезу данными микроорганизмами масляной кислоты.
Рис. 5. Изменение состава кишечной микрофлоры
Таким образом, благоприятное изменение состава микрофлоры кишечника под воздействием продуктов ферментации НПС-ферментом полисахаридов пшеницы свидетельствует о наличии выраженных пребиотических свойств короткоцепочечных арабиноксиланов. Соответственно, поскольку снижение молекулярного веса арабиноксиланов стало результатом воздействия мультиэнзимного НПС-фермента, то можно утверждать, что данный класс кормовых добавок обладает выраженными, пусть и опосредованными через продукты гидролиза некрахмалистых полисахаридов, пребиотическими свойствами.
Резюме
В условиях перенасыщенности рынка нередки случаи, когда в погоне за дешевизной в состав комбикорма вводится далеко не самый эффективный препарат. Как следует из результатов эксперимента, кормовые ферменты нужно рассматривать не только с точки зрения их прямого воздействия на усвоение питательных веществ, но и с точки зрения положительного влияния на баланс микрофлоры кишечника, т.е. пребиотических свойств. Не стоит забывать, что на фоне пшеничных рационов кормления птицы отсутствие оптимально результативного мультиэнзимного препарата в составе корма может перечеркнуть или резко снизить положительное влияние других кормовых добавок, действующих синергетически с кормовыми ферментными препаратами. Проведенное исследование акцентирует внимание технологов и ветеринарных врачей на эффективности кормовых НПС-ферментов, применяемых на предприятии.
Summary
This scientific experiment is intended to draw the attention not only by technologists, but also veterinarians to the effectiveness of fodder non-starchy polysaccharide enzymes used at the enterprise. In conditions of oversaturation of the market, it often happens that in the composition of mixed fodder in pursuit of cheapness far from the most effective drug is used. As follows from the results of the study, fodder enzymes should be regarded not only by their direct effect on the assimilation of nutrients, but also from the point of view of the positive influence of the balance of the intestinal microflora, i.e. prebiotic properties. Do not forget that against the background of wheat rations feeding birds, the lack of an effective multi-enzyme preparation in the composition of the feed can cross out or drastically reduce the effect of other fodder supplements acting synergistically with fodder enzyme preparations.
Литература
1. Yacoubi N., Saulnier L., Bonnin E., Devillard E., Rhayat L., Ducatelleb R., Van Immerseel F. 2016. Wheat-arabinoxylan fractions produced by enzymatic treatment improve the performance and digestive health of wheat-fed broilers. Poultry Science 95 (E-Suppl. 1).
2. Vandeplas S., Dubois Dauphin R., Thiry C., Beckers Y., Welling G.W., Thonart P. and Théwis A. 2009. Efficiency of a Lactobacillus plantarum-xylanase combination on growth performances, microflora populations, and nutrient digestibilities of broilers infected with Salmonella Typhimurium S. Poultry Science 88:1643–1654 doi: 10.3382/ps.2008–00479.
3. Shuangshuang Guo, Dan Liu, Xu Zhao, Changwu Li and Yuming Guo. 2014. Xylanase supplementation of a wheat-based diet improved nutrient digestion and mRNA expression of intestinal nutrient transporters in broiler chickens infected with Clostridium perfringens. Poultry Science 93:94–103. http://dx.doi.org/10.3382/ps.2013–03188.
4. Amerah A.M., Mathis G. and Hofacre C.L. 2012. Effect of xylanase and a blend of essential oils on performance and Salmonella colonization of broiler chickens challenged with Salmonella Heidelberg Poultry Science 91:943–947 http://dx.doi.org/10.3382/ps.2011–01922.
ООО «Адиссео Евразия»
129085, г. Москва, Звездный бульвар, д. 21, стр. 1, оф. 714
Тел./факс: + 7 (495) 268-04-75
feedsolutions.adisseo.com
Количество показов: 1774
Автор: А. Шкурин, зам. научного и технического директора «Адиссео Евразия»/ A. Shkurin, Deputy Scientific and Technical Director of Adisseo Eurasia
