Решения для здоровья кишечника птицы — новое направление деятельности компании «Эвоник»/Solutions for poultry intestinal health is a new line of Evonik activity

Решения для здоровья кишечника птицы — новое направление деятельности компании «Эвоник»/Solutions for poultry intestinal health is a new line of Evonik activity

Николай Дзядзько, менеджер технического сервиса, Evonik Nutrition & Care GmbH, Германия

Алексей Японцев, менеджер технического сервиса ООО «Эвоник Химия»

Современные функциональные кормовые добавки, такие как пробиотики, пребиотики, органические кислоты, ферменты, растительные экстракты и минеральные цеолиты, сегодня широко используются в кормлении и оказывают положительное действие на конверсию корма, здоровье, рост и развитие животных и птицы. Однако механизм действия некоторых из этих кормовых добавок до сих пор до конца не ясен. В случае пробиотиков это связано главным образом с тем, что видовой состав микробиоты (совокупности кишечных бактерий) ещё не в полной мере классифицирован и роль ее недостаточно изучена.

Тем не менее уже тысячи лет известно, что источником многих болезней являются кишечные бактерии. Патогенные микроорганизмы из пищеварительного тракта могут вызывать симптомы и физические недомогания практически в любой части организма. Слизистая оболочка кишечника выполняет большое количество функций. Она содержит железы, образующие ферменты для расщепления питательных веществ, клетки для транспортировки веществ из кишечника в кровь и крупнейший арсенал лимфоцитов — клеток, защищающих организм от внедрения патогенов.

Состояние здоровья определяется в кишечнике

Взаимодействие между кормовыми ингредиентами, слизистой оболочкой кишечника и кишечной микрофлорой определяет состояние здоровья сельскохозяйственных животных и птицы. Однако оно до сих пор научно и детально не изучено. С уверенностью можно утверждать только одно: при нарушении этого взаимодействия животные заболевают.

Многие кормовые добавки, в том числе и пробиотики, из­за отсутствия подходящих моделей для анализа эффективности были разработаны эмпирическим путем. Компания Evonik хочет устранить этот пробел. Совместно с научным партнером подразделение по кормлению животных Evonik Nutrition & Care GmbH запустило проект по разработке инновационной имитационной модели кишечника, дающей возможность проводить научные исследования и анализ процессов, происходящих в кишечнике сельскохозяйственных животных. Исследования, проведенные с помощью этой модели, позволят повысить эффективность применения пробиотиков и кормления, а также сократить использование антибиотиков в птицеводстве.

Партнёром Evonik является инновационный альянс GOBI (Good Bacteria and Bioactives in Industry — «Полезные бактерии и биоактивные вещества в промышленности»), который располагает бюджетом в 9 млн евро и финансируется Федеральным министерством исследований Германии. Помимо Evonik (GOBI Feed), в альянс входят биотехнологическое предприятие Organobalance и Bionorica SE. Organobalance фокусируется на изучении пищеварительной системы человека (GOBI Health GI), в то время как Bionorica изучает роль микробиома при респираторных заболеваниях (GOBI Health RT). Синергия между партнерами по проекту в основном касается методологических подходов.

Предполагается, что осуществление проекта будет двухфазным. На первом этапе компания Evonik будет сфокусирована на разработке и оценке имитационной модели кишечника бройлеров и in vitro анализе кормовых добавок. Целью второй фазы является разработка новых пробиотиков и кормовых добавок, которые смогут улучшить усвоение корма и здоровье птицы. Исследователи Evonik из Халле­Кюнсебека будут тесно сотрудничать с компанией ProDigest BVBA из Гента, Бельгия. Эксперты ProDigest специализируются на биологических и химических процессах в кишечнике и много лет назад разработали имитационную модель пищеварительного тракта человека.

Анализ механизмов действия пробиотиков требует системного подхода

Ещё три года назад компания Evonik активно работала только в сегменте синтетических аминокислот и не представляла на рынке собственные пробиотические продукты. Пробиотики являются не химическими веществами, а живыми бактериальными клетками. Они способны вырабатывать вещества, которые поддерживают пищеварение, способствуют метаболизму, ингибируют рост патогенных бактерий, модулируют иммунную систему или стабилизируют кишечную микрофлору.

Среди наиболее часто используемых пробиотиков в птицеводстве — штаммы Bacillus и молочнокислые бактерии. Бактерии вида Bacillus известны своей способностью синтезировать различные ферменты и антимикробные вещества. Кроме того, их споры способны выдерживать высокие температуры при производстве гранулированного корма.

Молочнокислые бактерии вырабатывают в кишечнике молочную кислоту, которая подавляет рост других бактерий и преобразуется в масляную кислоту в толстом кишечнике под действием анаэробных бактерий. Для птицы масляная кислота является дополнительным источником энергии. Этот короткий список уже дает понять, что анализ механизмов действия пробиотиков требует системного подхода и не может быть описан упрощенно.

Имитационная модель кишечника впервые предложит in vitro модель сложного взаимодействия между кормом, иммунной системой и кишечной микробиотой у птицы для изучения с помощью научных методов. Она позволит фиксировать важные обменные и физиологические процессы в кишечнике. Это даст исследователям возможность прояснить фундаментальные вопросы о метаболических и иммунных функциях, а также исследовать новые пробиотики и выбирать наиболее эффективные среди них.

Имитационная модель создаст «мост» между лабораторией и фермерским хозяйством

Однако даже самая совершенная модель только приблизительно воссоздает реальность. Эксперименты in vitro будут сопровождаться испытаниями in vivo для подтверждения результатов лабораторных исследований. Таким образом, имитационная модель кишечника GOBI Feed создаст широкий «мост» между лабораторным миром in vitro и реальным миром использования кормовых добавок в животноводстве in vivo.

Услышав термин «модель», многие люди думают о виртуальном воспроизведении, симулированном компьютером. Однако с имитационной моделью кишечника ситуация иная. Она представляет собой каскад стеклянных реакционных сосудов, соединенных в определенной последовательности. Каждый сосуд имитирует определенный пищеварительный сегмент кишечника птицы, представляя его физические, химические и микробиологические условия. Ученые используют опыт ProDigest в области моделирования кишечника человека и учитывают специфические особенности бройлеров в разработке новой модели. Например, процесс переваривания у бройлеров протекает при разных температурах и значениях рН кишечника. Вместо длинной толстой кишки у птицы есть два слепых отростка, а их микробиота имеет иной состав, нежели у людей.

Для того чтобы максимально близко воссоздать реалии животноводства, модель симулирует естественное потребление пищи животным в ходе нескольких циклов, а также характерное для птицы взаимодействие отдельных сегментов кишечника. Насколько эффективно питательные вещества перевариваются и поглощаются в отдельных сегментах? Каков состав стандартизованной смеси бактерий, которая может быть использована для инокуляции реакторов, чтобы как можно точнее воссоздать кишечную флору? В ближайшие месяцы исследовательская группа будет работать над этими и другими фундаментальными вопросами.

Иммунной модуляции в проекте отводится особая роль. Какие биологические факторы определяют иммунную защиту животного? С этой целью исследователи используют клеточные культуры, где происходит взаимодействие патогена с носителем и имитируется иммунный ответ носителя. Однако клеточные культуры, подходящие именно для бройлеров, встречаются редко. Поэтому важной задачей является поиск и развитие оптимальных клеточных линий для изучения вопросов иммунной модуляции в отсутствие и в присутствии кормовых добавок и патогенов. Осенью 2017 г. имитационная модель кишечника была перенесена с текущего местонахождения компании­партнера ProDigest в Генте в подразделение Evonik Nutrition & Care в Халле­Кюнcебеке. Лаборатория в помещениях компании Evonik в Халле была переоборудована для создания необходимой инфраструктуры для иммунологических, физиологических и микробиологических испытаний.

Устранение существенных пробелов в знании

С помощью имитационной модели кишечника компания Evonik создала современный многофункциональный инструмент для их реализации. Модель является основой для анализа и демонстрации механизма действия пробиотиков и устраняет существенные пробелы в знаниях. Она рационализирует поиск новых добавок и открывает путь к эффективному животноводству с использованием значительно меньшего количества антибиотиков в кормах вплоть до отказа от их применения. Компания Evonik намеревается использовать модель в качестве платформы для последующей разработки аналогичных систем и функциональных кормовых добавок для других видов сельскохозяйственных животных, например свиней или рыб.

Полезные бактерии вместо антибиотиков в кормах

Целью GOBI Feed является разработка пробиотиков, которые бы имели аналогичный эффект и были сопоставимы по эффективности использования с кормовыми антибиотиками. Для этого необходимо лучше изучить механизм действия пробиотиков. С чего начать поиск? Существует целый ряд штаммов с широким спектром полезных эффектов для кормления животных. Еще до начала проекта GOBI эксперты Nutrition & Care, используя хорошо подобранный набор менее сложных методов, провели успешный скрининг бактерий Bacillus, которые обладают доказанной способностью подавлять патогенные бактерии, вырабатывая ингибирующие вещества и стимулируя местный иммунитет в кишечнике птицы.

Чтобы установить наиболее эффективных кандидатов, примерно 500 различных штаммов Bacillus сравнивали по двум десяткам различных критериев. Например, одним из главных критериев для отбора была способность штамма развиваться и расти в присутствии желчной кислоты и кислого рН, а также выделение им определенных противомикробных и пищеварительных веществ.

Из проанализированных штаммов два оказались особенно эффективными в лабораторных испытаниях. Одним из них в конечном счете стал представленный в США и Китае в 2017 г. новый пробиотик GutCare® PY1, используемый при выращивании птицы. Новая добавка позволила получить убедительные результаты в исследованиях: ее эффективность в улучшении показателей роста и общего состояния бройлеров, в том числе в присутствии патогенов, была сопоставимой с кормовыми антибиотиками. Показатели субклинического некротического энтерита — заболевания, распространенного при выращивании птицы, значительно сократились.

На европейский рынок концерн впервые вышел с новыми пробиотическими продуктами, когда приобрел подразделение по производству пробиотиков испанской компании NOREL в июле 2016 г. Эта сделка добавила в портфель группы ряд продуктов, которые уже имеют необходимые разрешения регулирующих органов и доказали свою ценность в качестве кормовых добавок.

Эффективный пробиотик

Одним из таких продуктов NOREL является Ecobiol®, который ингибирует действие патогенов в кишечнике птицы и стимулирует рост полезных лактобактерий.

В состав препарат Ecobiol® входит натуральный быстрорастущий штамм Bacillus amyloliquefaciens CECT 5940 с присущей ему способностью вырабатывать вторичные метаболиты и молочную кислоту, влияющие на взаимодействие между различными популяциями бактерий. Способ, которым Ecobiol® поддерживает баланс микрофлоры кишечника, заключается в способности реагировать на окружающую среду главным образом посредством чувства кворума и его подавления. В зависимости от получаемых сигналов Bacillus amyloliquefaciens CECT 5940 продуцирует макролактины или молочную кислоту. Макролактины представляют собой молекулы — вторичные метаболиты с сильным ингибирующим воздействием на патогенные микроорганизмы. Органическая молочная кислота поддерживает питание других полезных бактерий, повышая сопротивляемость энтеропатогенным бактериям.

Способствуя симбиотической связи между питанием, кишечной микробиотой и иммунитетом, Ecobiol® способен улучшить общее состояние здоровья птицы и таким образом помочь производителям птицеводческой продукции не только в улучшении продуктивности и рентабельности, но в повышении качества, экологичности и безопасности пищевых продуктов.

Резюме. Ecobiol® ингибирует действие патогенов в кишечнике птицы и стимулирует рост полезных лактобактерий. Способствуя симбиотической связи между питанием, кишечной микробиотой и иммунитетом, Ecobiol® способен улучшить общее состояние здоровья птицы и помочь производителям птицеводческой продукции в решении таких проблем качества, рентабельности и экологичности, как безопасность пищевых продуктов и пониженная продуктивность.

Summary. Ecobiol® inhibits the action of pathogens in the intestines of birds and stimulates the growth of beneficial lactobacilli. By promoting a symbiotic relationship between nutrition, intestinal microbiota and immunity, Ecobiol® can improve the overall health of poultry and help poultry producers to solve such quality, profitability and environmental issues as food safety and reduced productivity.