Диетическая мурамидаза приводит к снижению биосинтеза пептидогликана и изменению микрофлоры слепых отростков у кур-несушек

Микробиота кишечника находится в тесной двусторонней связи с организмом хозяина, регулируя ключевые физиологические процессы, включая усвоение питательных веществ, иммунитет и общее состояние здоровья. У сельскохозяйственных животных, в частности у птицы, целенаправленное воздействие на состав и функции микробиоты открывает перспективы для улучшения продуктивности и снижения зависимости от антимикробных средств. В этом контексте особый интерес представляют ферменты, избирательно воздействующие на бактериальные клеточные стенки, такие как мурамидазы (лизоцимы). Они гидролизуют пептидогликан (ПГ) – основной структурный компонент клеточной стенки бактерий, особенно грамположительных.

Мурамидаза, продуцируемая грибом Acremonium alcalophilum (AcM), представляет собой инновационную кормовую добавку. Исследования на бройлерах и индейках продемонстрировали её безопасность и эффективность в повышении продуктивности и благополучия животных. Показано, что AcM не обладает прямой антибактериальной активностью, а опосредованно влияет на микробиоту, гидролизуя свободные фрагменты пептидогликана в просвете кишечника, что может стимулировать противовоспалительные реакции хозяина.

Однако до настоящего времени влияние AcM на кур-несушек, имеющих значительные генетические и физиологические отличия от бройлеров, а также на их специфичную микробиоту кишечника, изучено не было. Данное исследование впервые оценивает эффекты различных уровней включения AcM в рацион кур-несушек на усвояемость питательных веществ, прирост живой массы и структуро-функциональное состояние микробиоты слепой кишки.

Материалы и методы

В 20-недельном эксперименте приняли участие 900 кур-несушек породы Ломанн Браун в возрасте 22 недель. Птиц разделили на 5 групп (по 12 клеток-повторов в каждой) с разным уровнем включения AcM (Balancius®, DSM) в корм:

- T1: 0 мг/кг (контроль)
- T2: 150 мг/кг
- T3: 300 мг/кг
- T4: 450 мг/кг
- T5: 600 мг/кг

Контролировали потребление корма, прирост живой массы (BWG), а также определяли ключевые показатели усвояемости: удержание азота (NR), усвояемость сухого вещества (DMD) и кажущуюся метаболизируемую энергию (AME).

В конце исследования отбирали образцы содержимого слепой кишки для проведения метагеномного shotgun-секвенирования. Биоинформатический анализ позволил охарактеризовать таксономический состав микробиоты, её функциональный потенциал (на основе генов Киотской энциклопедии генов и геномов – KEGG) и спрогнозировать профиль микробных метаболитов.

Результаты

1. Влияние на продуктивность и усвояемость.
Добавление AcM оказало значимое положительное влияние на кумулятивный прирост живой массы птиц во всех опытных группах по сравнению с контролем. Наиболее выраженный эффект наблюдался при дозировке 300 мг/кг (T3).

Мурамидаза также существенно изменила показатели усвояемости:

- Удержание азота (NR) достоверно увеличилось в группах T2, T3 и T5, причём выявлена положительная линейная зависимость от уровня включения AcM.

- Усвояемость сухого вещества (DMD) и кажущаяся метаболизируемая энергия (AME) достигли пиковых значений также в группе T3 (300 мг/кг). При этом в группе T2 (150 мг/кг) отмечалось значимое снижение этих показателей.

Статистический анализ подтвердил сильную прямую корреляцию между улучшением удержания азота и увеличением прироста живой массы. Это указывает на то, что положительный эффект AcM на рост птицы, вероятно, опосредован улучшением усвоения и утилизации белков.

2. Модуляция состава и разнообразия микробиоты слепой кишки.
Применение AcM привело к значительным структурным изменениям в сообществе слепокишечных бактерий:

- Снижение альфа-разнообразия (индекс Шеннона) в группе T3 по сравнению с контролем.

- Изменение бета-разнообразия: микробные профили всех опытных групп статистически значимо отличались от контроля. Состав группы T3 отличался также от групп T2 и T5.

- Таксономические сдвиги на уровне типов: Во всех группах, получавших AcM, отмечалось значительное увеличение доли Actinobacteria (включая потенциально пробиотические рода) и снижение доли Firmicutes по сравнению с контролем. Также повысилась численность архей Euryarchaeota (в основном за счёт метаногена Methanobrevibacter).

- Изменения на уровне родов: Наблюдалось значимое обогащение родов Bifidobacterium и Collinsella (в группах T2 и T3) и снижение численности Lactobacillus во всех опытных группах.

3. Функциональные изменения микробиома.
Метагеномный анализ выявил глубокое влияние AcM на функциональный потенциал микробиоты:

- Снижение биосинтеза пептидогликана: Во всех опытных группах обнаружено значимое уменьшение количества генов (KO), кодирующих ключевые ферменты пути биосинтеза пептидогликана (например, murA, murB, murC, murD, murE, murF, murG). Это указывает на то, что AcM опосредованно подавляет способность микробиоты синтезировать данный структурный компонент.

- Подавление метаболических путей: Под действием AcM снизилась активность генов, связанных с биосинтезом аминокислот, кофакторов (витаминов), метаболизмом углеводов (крахмала, сахарозы), а также энергетическим метаболизмом (гликолиз).

- Корреляция с фенотипом хозяина: Улучшение показателей удержания азота и прироста массы у птиц ассоциировалось со снижением в микробиоте активности путей, связанных с ферментацией, деградацией сложных соединений и биосинтезом упомянутых выше молекул. Это позволяет предположить "успокоение" микробного метаболизма в условиях лучшего усвоения нутриентов хозяином в верхних отделах ЖКТ.

4. Прогнозируемые изменения в метаболоме.
Биоинформатическое моделирование предполагаемых микробных метаболитов показало, что добавка AcM может повышать продукцию ряда молекул, включая некоторые жирные кислоты (например, валериановую), метаболиты, связанные с метаболизмом липидов и витаминов (пиридоксамин), а также нуклеозиды (дезоксиинозин). При этом прогнозировалось снижение уровня инозина. Часть этих изменений положительно коррелировала с улучшением удержания азота.

Обсуждение и выводы

Проведённое исследование впервые комплексно оценило влияние диетической мурамидазы (AcM) на кур-несушек. Полученные данные подтверждают и расширяют существующую концепцию механизма действия этого фермента:

1. Безопасность и эффективность: AcM доказала свою безопасность для кур-несушек и способность улучшать усвояемость белков, что напрямую коррелирует с увеличением прироста живой массы.

2. Оптимальная дозировка: Наиболее сбалансированный положительный эффект на усвояемость питательных веществ (DMD, AME) и структуру микробиоты наблюдался при дозе 300 мг/кг. Более низкая доза (150 мг/кг) показала менее выраженные или даже негативные эффекты на некоторые параметры, что подчёркивает важность точного дозирования.

3. Косвенное модулирующее действие на микробиоту: Результаты согласуются с гипотезой о том, что AcM не уничтожает живые бактерии, а оказывает опосредованное влияние. Гидролиз свободного пептидогликана в просвете кишечника, вероятно, изменяет доступность субстратов для микробного сообщества в нижних отделах ЖКТ (слепой кишке). Это приводит к перестройке микробиоты в сторону сообщества с менее активным метаболизмом, в частности, со сниженной способностью к синтезу пептидогликана и конкуренции с хозяином за аминокислоты.

4. Практическая значимость: Применение AcM может стать эффективной стратегией для оптимизации использования пищевого белка у кур-несушек. Это открывает пути к потенциальному снижению уровня сырого протеина в рационах без ущерба для продуктивности, что экономически выгодно и экологически устойчиво. Кроме того, модуляция микробиоты в сторону потенциально благоприятных таксонов (Actinobacteria, Bifidobacterium) может способствовать укреплению здоровья кишечника и общего благополучия птицы.

Таким образом, диетическая мурамидаза AcM представляет собой научно обоснованный инструмент для управления продуктивностью и здоровьем кур-несушек через тонкую регуляцию взаимодействия между организмом хозяина и его кишечной микробиотой.


Исследование: Animal Microbiome