Учёные раскрыли микробный механизм низких выбросов метана в заднем кишечнике жвачных животных

Исследовательская группа под руководством профессора Тань Чжиляна из Института субтропического сельского хозяйства Китайской академии наук выявила микробные механизмы, ответственные за низкий уровень выбросов метана в заднем кишечнике жвачных животных.

Их исследование «Восстановительный ацетогенез является доминирующим процессом в заднем кишечнике жвачных» было опубликовано в журнале Microbiome 28 января.

Жвачные животные, краеугольный камень животноводства и одни из первых одомашненных видов, обладают уникальной пищеварительной системой, которая полагается на микробную ферментацию для расщепления растительного корма на летучие жирные кислоты — их основной источник энергии. Однако метан, мощный парниковый газ, является побочным продуктом этой ферментации, особенно в рубце.

Более 90% выбросов метана у жвачных происходит в рубце, в то время как задний кишечник, особенно слепая кишка, известен низким производством метана, хотя его микробные процессы остаются малоизученными.

В этом исследовании учёные сравнили микробный состав, метаболические функции и активность между рубцом и слепой кишкой. Они обнаружили, что в рубце доминируют разлагающие клетчатку микробы, такие как Prevotella, Ruminococcus и Butyrivibrio, что усиливает расщепление целлюлозы и производство пропионата, одновременно способствуя размножению метаногенов и генерации метана.

Низкие концентрации растворённого водорода в рубце были связаны с его потреблением гидрогенотрофными метаногенами, фумаратредуцирующими бактериями (Succinivibrionaceae) и нитратредуцирующими бактериями (Desulfovibrio).

В отличие от этого, в слепой кишке обитали бактерии, разлагающие муцин, такие как Akkermansia, Alistipes и Faecalibacterium, которые повышали утилизацию углеводов организма-хозяина и синтез ацетата. Примечательно, что в слепой кишке наблюдалось уникальное обогащение продуцирующими водород ферментативными бактериями и новой линией формиат-зависимых ацетогенов (HGM1287).

Сравнительный геномный анализ выявил чёткие филогенетические и функциональные различия между ацетогенами слепой кишки и рубца. Межвидовые сравнения дополнительно подтвердили, что ацетогенез является критическим метаболическим процессом в заднем кишечнике жвачных, выступая ключевым микробным драйвером низких выбросов метана и эффективного использования водорода в слепой кишке.

«Это исследование объясняет, как восстановительный ацетогенез доминирует в микробном метаболизме заднего кишечника, предлагая научную основу для разработки стратегий по снижению выбросов метана у жвачного скота», — сказал профессор Ван Минь, один из авторов-корреспондентов исследования.

«Оно подчёркивает потенциал модуляции микробиоты заднего кишечника для повышения как экологической устойчивости, так и производственной эффективности в животноводстве».