Вокруг вопроса удаления токсинов из кормов много спекуляций. Производители «нейтрализаторов» утверждают, что при норме ввода всего 0,2% их препараты поглощают до 80-90% токсинов, включая трихотецены. Однако редко указывается фактическая нагрузка токсинов в кормах. Это важно, потому что при допустимых уровнях загрязнения и такой низкой норме ввода сорбентов невозможно достичь высокой эффективности удаления токсинов, особенно трихотеценовой группы.
Для лучшего понимания ситуации с сорбцией токсинов на неорганических сорбентах рассмотрим химическую структуру отдельных токсинов и механизмы их сорбции.
Особенности сорбции
Т-2 токсин и ДОН
Токсины Т-2 и ДОН имеют неплоский каркасный скелет и низкую полярность. ДОН содержит сопряженный фрагмент, способный к π-π взаимодействию, а также две протонодонорные гидроксигруппы. Т-2 токсин не имеет элементов сопряжения и содержит только одну гидроксигруппу. Это делает его связывание с сорбентами очень слабым, особенно в щелочной среде.
Можно предполагать, что используемые в составе нейтрализаторов природные сорбенты (цеолиты, бентониты и др.) не могут обладать какой-либо значимой емкостью по Т-2 в связи с особенностями его структуры. 10 лет назад мы провели исследования, подтверждающие эти выводы.
Однако, нам удалось найти композиции природных цеолитов и бентонитов, которые эффективно сорбируют трихотецены даже при высоких нагрузках. В состав нейтрализатора токсинов «Фунгистат-ГПК» вошли монтмориллонит коллоид (23-25%), опал-кристобалит (45-52%), кальций (1-5%) и гидрослюда (2-4%).
Мы установили, что при увеличении нормы ввода этих сорбентов до 1% (избыток) при высоких нагрузках эффективность сорбции возрастает до 84%. Это связано с тем, что диспергированные алюмосиликаты имеют сложную наноструктуру, включая наноразмерные поры и ячеистые системы диаметром от 1-2 нм до нескольких сотен нанометров. Размер и удельное содержание таких нанопор зависят от происхождения материала и способа обработки.
Молекулы Т-2 токсина имеют диаметр около 1,5-2,5 нм, что соответствует размерам некоторых нанопор. Попадание молекулы токсина в такую пору приводит к специфической и практически необратимой сорбции. Этот эффект, известный как эффект специфической сорбции, характеризуется низкой сорбционной емкостью. Для его проявления необходим большой избыток сорбента.
Можно предположить, что 1 кг сорбента способен специфически связать не более 1 г токсина (это необходимо подтвердить экспериментально). Однако, связавшись специфически, токсин прочно удерживается и практически не десорбируется.
Поэтому не стоит ожидать значительной сорбции при высоких нагрузках токсинов при нормах ввода 0,2% и ниже. Это может ввести покупателя в заблуждение относительно свойств продукта. Для «Фунгистата-ГПК» рекомендуемая норма ввода сорбентов составляет 0,5-1%, пока не снизится нагрузка токсинов в кормах. После этого можно будет вернуться к обычным нормам.
Охратоксин
Это довольно распространенный токсин, содержащий протонодонорные группы, что определяет его склонность к связыванию с полярными сорбентами, такими как окись алюминия, алюмосиликаты, кремнезем и другие. Хотя для охратоксина можно подобрать комплексообразующий реагент, наши исследования показали, что ни одна из кормовых смесей или сорбентов не может эффективно связать его.
Сорбция охратоксина при норме ввода 0,2%, соответствующей максимально допустимому уровню, составляет 35-44% в кислой среде и 35-67% в щелочной.
ДОН (дезоксиниваленол)
Молекула ДОН нейтральна и не меняет свою форму при изменении pH раствора. В отличие, например, от афлатоксина, ДОН содержит две гидроксильные группы и способен к образованию водородных связей с полярными кислородсодержащими группами (например, Al = 0 или Si = 0). Однако связывание ДОН эффективно только в кислой среде – максимум 47% при норме ввода в 0,2%.
Зеараленон и фумонизин
Оба токсина достаточно полярны и содержат протонодорные группы. Благодаря этому они склонны к связыванию с полярными сорбентами, такими как окись алюминия, алюмосиликаты, кремнезем и другие.
Фумонизин содержит четыре карбоксильные группы, три из которых свободны от внутримолекулярного солеобразования. В кислой среде ионизация этих групп подавляется, поэтому молекула фумонизина приобретает форму катиона или нейтрального цвиттер-иона и хорошо сорбируется. В слабощелочной среде при pH 7,3 эти три карбоксильные группы ионизируются, что значительно повышает гидрофильность молекулы, то есть сродство к водной фазе. Таким образом, фумонизин эффективно сорбируется в кислой зоне, но не сорбируется в слабощелочной.
Зеараленон ведет себя аналогичным образом. В кислой среде его ионизация подавлена, что способствует сорбции. В слабощелочной среде, хотя ионизация и происходит не полностью, этого достаточно, чтобы сорбция резко снизилась при pH 7,3.
В экспериментах со смесью корм – сорбент – токсин мы показали, что при переходе из кислой в слабощелочную среду десорбция фумонизина и зеараленона не происходит.
Если бы удержание токсинов на смеси было обусловлено только неспецифической сорбцией, десорбция была бы неизбежной. Однако, как мы уже упоминали, удержание фумонизина и зеараленона связано в значительной степени с комплексообразованием.
Если комплекс образован – для его разрушения требуется значительная энергия (>10 ккал/моль), и изменение pH уже не влияет на его стабильность. Однако в условиях ЖКТ, под действием ферментов и микробиоты, такие комплексы могут разрушаться, позволяя токсинам попадать в кровоток и затем в печень.
Афлатоксин
Молекула афлатоксина нейтральна, и её форма не изменяется при изменении pH раствора. Поэтому его сорбируемость зависит от сорбента и его трансформации под влиянием кислотности.
Влияние pH среды на сорбцию
Сорбция афлатоксина в слабощелочной среде для всех сорбентов с органическими субстанциями (включая полисахариды) выше, чем в кислой (табл.). В двух случаях (позиции 3 и 4 в табл.), где в составе увеличено содержание полисахаридов, сорбция в кислой среде отсутствует вовсе.
Вероятно, это связано с экранированием полисахаридных цепочек органическими сорбентами в кислой среде, включая ионную сольватацию катионами алюминия, кальция, меди и других.
В кислой среде эти ионы становятся активными, в отличие от щелочной, что приводит к экранированию и дезактивации центров сорбции на органических сорбентах, ответственных за захват малополярных веществ, таких как афлатоксин.
Алюмосиликатные сорбенты, как правило, обладают весьма незначительной сорбцией афлатоксина как в кислой, так и в слабощелочной зонах, поэтому ограничение сорбентов более предпочтительно.
Исключением является «Фунгистат-ГПК», который имеет не доминирующую органическую часть (гепатопротектор) и сочетает два разных по природе сорбента, обеспечивая высокую сорбцию афлатоксина при различных уровнях pH.
Все токсины, видимо, связываются с кормом за счет неспецифических ван-дер-ваальсовых взаимодействий. Поскольку корм разрушается микробиотой ЖКТ, рубца и собственными ферментами животных и птицы, важно понимать дальнейшую судьбу токсинов. Свободные токсины предположительно должны сорбироваться на минеральных или органических сорбентах. Однако органические сорбенты (дрожжи, водоросли и т.д.) сами утилизируются микробиотой, токсины вновь высвобождаются. Данных о дальнейшей судьбе токсинов мало, а при норме ввода 0,2% сорбция ограничена, и значительная часть токсинов всё равно попадет в кровоток и печень. Следует также учитывать, что часть активных центров сорбентов будет занята витаминами, аминокислотами, микроэлементами и ионами.
При разработке «Фунгистат-ГПК» мы учли эти факторы, полностью исключили импортные компоненты и создали научно обоснованную композицию из неорганических сорбентов с рекомендациями по дозировке.
Захват токсинов гепатоцитами печени нарушает глюконеогенез, что является серьезным повреждающим действием токсинов. Установлено, что захват токсинов приводит к торможению синтеза РНК и белков в гепатоцитах, снижая скорость синтеза глюкозы крови. Это создает дефицит энергии для производства целевых продуктов у животных и птицы, снижает иммунитет и конверсию корма.
Единственным способом блокировки захвата токсинов гепатоцитами печени является использование антиоксидантов, в том числе флавоноидов, которые способны занимать активные центры в гепатоцитах. При создании «Фунгистата-ГПК» мы предусмотрели необходимость такой функции и ввели в состав продукта антиоксиданты в найденной концентрации.
Ферменты для дезактивации?
Исследования показывают, что некоторые штаммы микроорганизмов способны разрушать токсины. Уже существуют нейтрализаторы на основе ферментов, которые инактивируют токсичные связи в таких веществах, как, например, Т-2 токсин. Доказано, что наш штамм lactobacillus acidophilus способен деструктурировать афлатоксин. На его основе уже организовано производство жидкой закваски для «Хитолозы».
Но стоит помнить, что разные микроорганизмы эффективны против разных токсинов, и универсального решения пока нет. В этой области много спекуляций. Часто говорят об «универсальности» штаммов Вac. subtilis, но это неверно. Чтобы доказать их эффективность, нужны годы исследований.
Тем не менее, микробиота рубца и кишечника моногастричных животных при определенных условиях может быть эффективным деструктором токсинов.
Роль вторичных метаболитов
Токсины, которые чаще всего производят грибы Fusarium, Penicillium, Aspergillus и другие, относятся к вторичным метаболитам. К этой же группе относятся антибиотики, пигменты, каротиноиды, полипептиды, нуклеозиды, витамины и другие вещества. У всех этих соединений есть одна общая черта: они образуются, когда рост микроорганизмов замедляется.
Почему же они появляются именно в этот период? Учёные долго обсуждали этот вопрос и пришли к выводу, что синтез вторичных метаболитов – это способ клетки утилизировать и запасать избыток углеводов, белков, полисахаридов и липидов. Эти вещества не нужны для роста и иногда могут быть токсичными для самого организма.
Вторичные метаболиты обладают антагонизмом как в отношении различных микроорганизмов, так и в отношении макроорганизма животных и птицы. Поэтому термин «токсины» является условным, так как их токсичность зависит от дозы.
Примером может служить Penicillium patulum, который производит два метаболита: патулин – токсин для животных и гризеофульвин – противогрибковый антибиотик. При длительном применении гризеофульвин также может быть токсичным. В последней фазе развития гриба, когда содержание углеводов снижается до 0,3-0,4%, оба метаболита деградируют с различной скоростью. В условиях голодания эти вещества используются в качестве источников углерода и энергии.
Из практики известно, что вторичные метаболиты – антибиотики быстро деградируют в условиях голодания продуцентов по глюкозе. Также установлено, что при обсемененности целевых продуктов токсины значительно деградируют при хранении. Мы предположили, что в условиях голодания в рубце коров и кишечнике моногастричных токсины, поступающие с кормом, могут разрушаться микроорганизмами.
Исследования показали
Чтобы проверить эту гипотезу, мы провели серию исследований. В качестве модели использовали группу коров в раздое весной, когда силос имеет высокую нагрузку по токсинам. Контрольную группу составили коровы с низкой нагрузкой по токсинам (свежий силос). Обе группы животных находились на концентратном кормлении, что позволило получить прогнозируемые результаты.
Данные о «персистентности» лактационных кривых (рис. 1) показывают, что их устойчивость не превышает 75%. В условиях повышенной токсичности этот показатель еще ниже. В обеих группах мы отметили низкую биоусвояемость концентратов и грубых кормов. Однако при введении «Фунгистат-ГПК» биоусвояемость стала идеальной (фото).
Это объясняется депрессирующей ролью глюкозы в рубце и эффектом токсинов, которые ингибируют рост микробиоты. В результате развивается инсулинорезистентность и снижается молочная продуктивность. Ранее было установлено, что начало деструкции «вторичных метаболитов» коррелирует со снижением концентрации легкоусвояемых углеводов до 0,3-0,4% и повышением pH в культуральной жидкости.
Поскольку в рубце коровы и кишечнике моногастричных происходит совместное культивирование многих видов микробиоты, необходимо создать условия для возникновения давно известного феномена «диауксии». При снижении концентрации глюкозы и ее катаболитов до определенного уровня активность ферментных систем повышается, что позволяет расщеплять более сложные молекулы, включая «вторичные метаболиты», к которым относятся токсины. Для анализа ситуации мы установили датчики pH в рубце сухостойных коров и наблюдали динамику pH в раздое (рис. 2).
В обеих группах раздойных коров pH долгое время оставался в кислой зоне. Это соответствовало низкой биоусвояемости и признакам ацидоза в рубце. В рубце, где присутствует только лактат, не может быть «диауксии». Это значит, что сложные молекулы и токсины не деградируют.
Мы усилили состав «Фунгистат-ГПК» незаменимыми факторами роста микробиоты, включая лактат-утилизаторы, пребиотики и пробиотики. Также подобрали дозировку продукта и наблюдали за изменениями биоусвояемости и pH в группе коров с повышенной токсичной нагрузкой. В результате мы добились нужного изменения pH в рубце (рис. 3). Сначала кислые продукты быстро накапливаются (pH снижается до 6,4-6,6), а затем утилизируются в системе биогенеза молока, что приводит к повышению pH до 6,9-7,2.
Мы считаем, что условия, аналогичные «голоданию», способствуют «диауксии» и последующему распаду токсинов. Автоколебательный процесс pH улучшает биоусвояемость и повышает «персистентность» лактационной кривой до 85% (рис. 1, кривая 3), что увеличивает продуктивность, вероятно, за счет активации микробиоты в борьбе с токсинами. Результаты показывают, что улучшенная версия «Фунгистата-ГПК» использует как сорбционный механизм, так и естественную деградацию токсинов, активируемую микробиотой.
Таким образом, нейтрализация токсинов с помощью правильно выбранных сорбентов может быть усилена за счет активации собственной микробиоты кишечника (и рубца) и защиты гепатоцитов печени от повреждающего действия токсинов.
«Фунгистат» в действии
Магомед Мурадханович Рамазанов, председатель СПК «Поляны» и СПК «Рябовский», делится опытом использования препарата «Фунгистат».
- Магомед Мурадхановчич, как давно вы работаете с ООО «НПФ «ЭЛЕСТ»?
- Мы сотрудничаем с этой компанией уже более десяти лет. Наши хозяйства – одни из крупнейших потребителей их продукции в Ленинградской области. Мы используем около пяти-шести наименований продуктов, включая жидкий «Полис», «Кетостоп», конечно, «Фунгистат» и другие продукты компании.
- Заметны ли результаты применения препаратов?
- Результаты очевидны: улучшаются показатели воспроизводства, сохранности и здоровья животных. Если раньше мы покупали нетелей, теперь сами их продаём. Продуктивное долголетие коров выросло до 2,8-3 отелов.
Продуктивность коров ежегодно увеличивается на 5-6%. В 2025 году в СПК «Поляны» ожидаем надой 12000 кг молока, что на 700 кг больше, чем в прошлом году. Сейчас от каждой коровы получаем 33 кг молока. В СПК «Рябовский» удои выросли на 400 кг и по году достигнут 12600 кг.
- Сколько «Фунгистата» вы используете?
- Ежемесячно применяем почти 13 т «Фунгистата» в СПК «Поляны» и 6,5 т в СПК «Рябовский». При нормальных показателях кормов, в частности силоса, каждая дойная корова получает 100 г «Фунгистата» в сутки. Если качество кормов ухудшается, например, из-за содержания золы или микотоксинов, дозировку увеличиваем. Молодняку также даём «Фунгистат», но по другим нормам.
- Какова ваша общая оценка продукции?
- Эффект от применения продукции «ЭЛЕСТ» очевиден. Поэтому мы продолжим сотрудничество с этой компанией.
