Исследование микробиома крупного рогатого скота для понимания метаболических заболеваний

Переход скота с пастбищ с теплолюбивыми травами на корма из холодостойких растений может вызвать проблемы с пищеварением, иногда смертельные, согласно учёным Texas AgriLife Research.

Доктор Билл Пинчак возглавляет команду, которая использует метагеномику — современную технологию молекулярной микробиологии — чтобы определить, как изменения в рационе влияют на микробные сообщества в пищеварительном тракте крупного рогатого скота и повышают риск заболеваний. Метагеномика определяет присутствие микроба по его ДНК в образце, а не пытаясь вырастить организм в культуре.

Исследователи сосредоточены на роли микробных сообществ рубца в метаболическом заболевании — пенистом тимпании (вздутии) у скота, выпасаемого на пастбищах озимой пшеницы. Это заболевание наносит ущерб индустрии говядины примерно в $400 миллионов.

Цель — определить взаимодействия между микробами рубца, ведущие к возникновению и развитию болезни. Рубцовое сообщество — сложная система бактерий, простейших и грибов, где влияние конкретного вида зависит от активности других. Метагеномика идеально подходит для его изучения, так как менее 10% микробов рубца можно культивировать обычными анаэробными методами.

Текущая работа сосредоточена на бактериальных популяциях с использованием методов секвенирования и биоинформатики. Команда завершила первое геномное исследование бактериальных популяций у бычков при переходе с сена из теплолюбивых трав (бермудской травы) на холодостойкие корма (озимая пшеница). Это крупнейшее на сегодня исследование такого рода с участием 14 животных.

Результаты показали:

• Распределение родов бактерий резко меняется при переходе с сена на пшеницу.
• Бактериальные сообщества явно различаются в фракциях волокна, жидкости и всего содержимого рубца.
• На сене обнаружено больше различных групп бактерий, чем на пшенице, что согласуется с увеличенным временем удержания в рубце менее перевариваемого сена.
• Конкретные бактериальные группы увеличивались, уменьшались, появлялись или исчезали при смене рациона, что подчёркивает сложность и пластичность популяций.

Эти результаты указывают на потенциал более глубокого метагеномного секвенирования, включая изучение небактериальных микробов, для лучшего понимания сложных взаимосвязей.

Исследовательская команда сформировала консорциум с учёными из Института Борлоуга, Института Крейга Вентера и Университета Иллинойса. Метагеномика также может применяться для изучения адаптации скота к диетам с побочными продуктами биоэнергетики, поиска новых ферментов для производства биотоплива и понимания влияния микробных сообществ на безопасность пищевых продуктов, эффективность кормов и выбросы парниковых газов.