Микробный план создания климатически устойчивых коров
Ежегодно одна корова может выделять около 90 кг метана. Этот мощный парниковый газ в 27 раз эффективнее удерживает тепло в атмосфере, чем углекислый газ. Учёные десятилетиями искали способы снизить выбросы метана, не замедляя рост и продуктивность животных.
Недавние исследования Калифорнийского университета в Дэвисе показали, что добавление в корм красных водорослей (род Asparagopsis) резко сокращает выработку метана. Однако до сих пор было неясно, как именно водоросли меняют взаимодействия тысяч микробов в рубце (первом отделе желудка коровы).
Новое совместное исследование, опубликованное в журнале Microbiome учёными из Калифорнийского университета в Дэвисе, Беркли и Инновационного геномного института (IGI), проливает свет на этот процесс и выявляет, какие именно микробы помогают снизить выработку метана.
Это открытие приближает междисциплинарную команду (микробиологов, зоотехников и компьютерных учёных) к цели — инженерии микробиома рубца для постоянного снижения выбросов метана, что стало бы долгосрочным решением, не зависящим от кормовых добавок.
Как водоросли меняют микробиом
Ранее было известно, что красные водоросли блокируют ключевой фермент у метаногенных микробов. В новом исследовании учёные обнаружили, что водоросли «включают» и «выключают» определённые микробные гены, что указывает на их ключевую роль в процессе. При этом в рубце временно накапливался водород. Команда идентифицировала бактерию рода Duodenibacillus, которая способна потреблять часть этого водорода.
«Это важно, потому что избыток водорода может привести к ацидозу рубца и навредить животному, — пояснил руководитель проекта Маттиас Хесс. — Вместо этого данный микроорганизм использует водород и превращает его в сукцинат — соединение, которое животное в итоге может использовать для синтеза белка».
По словам Хесса, это открывает путь для создания сообществ микробов, потребляющих водород, которые могли бы вытеснить метаногены.
«Водород — ключевой источник энергии в рубце, особенно для метаногенов, — отметил ведущий исследователь Спенсер Даймонд. — Это исследование помогает лучше понять, как другие естественные микробы рубца могут отводить водород от метаногенов к бактериям, потенциально повышающим эффективность усвоения корма».
Результаты эксперимента
Учёные взяли образцы жидкости из рубца восьми коров: четырёх на обычном рационе и четырёх, получавших добавку водорослей в течение 14 дней. У коров, потреблявших водоросли:
- Выбросы метана снизились на 60%.
- Выработка водорода увеличилась на 367%.
- Эффективность использования корма повысилась до 74%.
Исследователям также удалось реконструировать полный геном бактерии Duodenibacillus, которая ещё не была выделена в лаборатории. Анализ её генетического кода позволил понять её роль в потреблении водорода, конкуренции с другими микроорганизмами и общем функционировании в рубце. Сейчас ведутся работы по выделению этого конкретного вида Duodenibacillus для дальнейшего изучения.