Современный этап развития микробиологической науки может быть по праву назван революционным этапом. Суть происходящих изменений заключается в признании существования гораздо большего числа бактерий, чем предполагалось ранее. Разные авторы дают разные цифры, но в целом картина выглядит следующим образом – известные бактерии составляют лишь от 1% до 50% общего количества бактерий. Понятно, что дело вовсе не в количественном аспекте, а в том, что в большинстве описанных микробиологических процессов известно не более половины участников. Таким образом, оказывается, что многие наши представления о процессах, в том числе и имеющих важное значение для всего человечества, мягко говоря, не точны.
Эта революционная ситуация является следствием развития молекулярной биологии и расшифровки большого количества бактериальных геномов. Еще в прошлом веке было установлено, что систематика бактерий может быть построена на основе последовательности нуклеотидов в гене 16S РНК. Определение этой последовательности позволяет четко отличать одни роды и виды бактерий от других родов и видов, не прибегая к достаточно громоздким анализам разнообразных признаков. Поскольку для этих целей потребовалось знание последовательностей геномов бактерий, то такие технологии анализа бактерий иногда называют постгеномными или метагеномными технологиями.
Примером одной из таких технологий, используемой в ООО «БИОТРОФ», является T-RFLP-метод (Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism – полиморфизм длин терминальных рестрикционных фрагментов). Это один из наиболее современных молекулярно-биологических методов исследования видового состава микробных сообществ, основанный на изучении особенностей структуры ДНК. Техническую базу метода составляют полимеразная цепная реакция (ПЦР), гель-электрофорез и процедура определения размера фрагментов гена 16S РНК. Неотъемлемую часть метода составляют базы данных длины этих фрагментов, созданные в США и европейских странах. Эти базы данных находятся в свободном доступе в Интернете и именно по этим базам данных и осуществляется идентификация бактерий. Применение T-RFLP-анализа для исследования структуры микробных сообществ позволяет дополнить данные, получаемые при помощи традиционных методов выделения и культивирования бактерий.
Большим достоинством метода оказалась его неселективность. Культивирование бактерий на питательных средах имеет тот недостаток, что мы каждый раз готовим среду для определенной группы бактерий. То есть мы анализируем только те бактерии, которые и рассчитывали обнаружить. Начавшийся пересмотр наших представлений о микробиологических процессах связан с обнаружением многих бактерий в таких источниках, в которых микробиологи не ожидали их найти.
Другим интересным фактом явилось обнаружение большого количества неизвестных бактерий. Иногда их называют некультивируемыми (uncultured). Такое название вовсе не означает, что их принципиально невозможно культивировать. Правильнее понимать, что их пока и не пытались выращивать на питательных средах. Представив, что разнообразие существующих питательных сред и условий для культивирования бактерий на самом деле невелико, можно понять, что выявление таких бактерий даже не является слишком удивительным.
Следует отметить, что данный метод иногда не работает в экосистемах с высоким биологическим разнообразием бактерий, поскольку определенной длине фрагмента может соответствовать не один вид, а несколько совершенно различных бактериальных видов. К счастью биологическое разнообразие в желудочно-кишечном тракте сельскохозяйственных животных и птиц невелико, и данный метод дает вполне удовлетворительные результаты. Это же относится и к микрофлоре силоса.
ООО «БИОТРОФ» не занимается фундаментальной наукой. Однако задачи по разработке новых пробиотиков для сельскохозяйственных животных и птиц, по созданию препаратов для консервирования кормов требуют, чтобы мы лучше других знали микробиологический фон, на котором эти препараты работают. Именно поэтому мы несколько лет назад закупили необходимое оборудование и стали готовить кадры для такой работы.
Приведем несколько примеров. Долгое время считали, что цыпленок вылупляется из яйца практически стерильным. Исследователи из США показали, что колонизация кишечника птицы бактериями начинается уже в яйце, и что под скорлупой находятся бактерии рода Bacteroides. В наших исследованиях, анализируя кишечник суточных цыплят, не контактировавших с кормом, также удалось обнаружить достаточно разнообразную микрофлору. Кишечник взрослой птицы населен примерно 640 видами бактерий из 140 родов, причем ранее были известны только 10% из них. По-видимому, роль бактерий в процессах пищеварения у птиц выше, чем полагали ранее. Многие ранее неизвестные бактерии влияют на усвоение аминокислот. Разработанный нами пробиотик Целлобактерин позитивно влияет на усвоение аминокислот.
В рубце высокопродуктивных коров обнаружена высокая концентрация бактерии Fusobacterium necrophorum. Она вызывает поражение копыт и матки. Наиболее распространенные причины выбраковки коров в Ленинградской области – именно бесплодие и заболевание конечностей. Уже упомянутый пробиотик Целлобактерин эффективно снижает численность этой бактерии.
Иногда в рубце мы регистрируем очаги возбудителя мастита. Многие ветеринары не верят, что такое может быть. Однако становится понятно, почему на фоне отдельных рационов снижается количество соматических клеток в молоке.
При анализе микрофлоры поросят на одном свинокомплексе в центральной России мы обнаружили практически полное отсутствие молочнокислых бактерий. Приросты живой массы поросят в этом хозяйстве были крайне низки. Коррекция микрофлоры рекомендованными пробиотиками позволила резко повысить приросты.
В настоящее время мы проводим (как правило, анонимный) анализ микрофлоры крупных птицефабрик и молочных холдингов в разных регионах России. Несмотря на трудности, связанные с обработкой большого количество совершенно новой информации, становится возможным предлагать достаточно эффективные решения, приводящие к повышению продуктивности животных и птиц.
