Научная статья на тему 'ВЛИЯНИЕ ПРЕПАРАТА ЖЕЛЕЗА НА ПРОЦЕССЫ ФЕРМЕНТАЦИИ В РУБЦЕ И ТАКСОНОМИЧЕСКИЙ СОСТАВ В IN VITRO ИССЛЕДОВАНИЯХ'

ВЛИЯНИЕ ПРЕПАРАТА ЖЕЛЕЗА НА ПРОЦЕССЫ ФЕРМЕНТАЦИИ В РУБЦЕ И ТАКСОНОМИЧЕСКИЙ СОСТАВ В IN VITRO ИССЛЕДОВАНИЯХ Текст научной статьи по специальности «Агробиотехнологии»

CC BY
8
1
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Пермский аграрный вестник
ВАК
AGRIS
Область наук
Ключевые слова
ультрадисперсные частицы / железо / летучие жирные кислоты / азот / микробиом / рубцовое содержимое / жвачные / ultrafine particles / iron / volatile fatty acids / nitrogen / microbiome / ruminal digesta / ruminants

Аннотация научной статьи по агробиотехнологии, автор научной работы — Елена Владимировна Шейда, Ольга Вилориевна Кван, Денис Александрович Тюриков

В работе изучено влияние изменения состава рациона и дополнительное включение элемента железа в ультрадисперсной форме на процессы ферментации в рубце: уровень летучих жирных кислот, метаболиты азота и таксономический состав микробиоты рубцового содержимого. Основная цель работы – оценить влияние элемента железа в ультрадисперсной форме на течение метаболических процессов в рубце жвачных животных в опыте in vitro. Исследования производили методом in vitro, в качестве объекта исследования использовали рубцовое содержимое. Исследования проводили в инкубаторе «ANKOM DaisyII» модель искусственного рубца. Для исследования были использованы ультрадисперсные частицы (УДЧ) железа, полученные методом электрического взрыва проводника в атмосфере аргона (d=90 нм, Z-потенциал 7,7±0,5 мВ), содержали 99,8% Fe. Применение в эксперименте УДЧ железа показало изменение некоторых параметров метаболизма в рубцовой жидкости, в частности, повышение уровня ЛЖК и общего азота. Структура микробиома рубцового содержимого при использовании железа не изменялась, однако следует отметить увеличение численности представителей Ruminococcaceae, Prevotellaceae, Lentimicrobiaceae, Unclassified_"Bacteroidales" на 0,9 %, 2,7 %, 0,5 %, 3,8 %.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по агробиотехнологии , автор научной работы — Елена Владимировна Шейда, Ольга Вилориевна Кван, Денис Александрович Тюриков

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE EFFECT OF IRON PREPARATION ON FERMENTATION PROCESSES IN THE RUMEN AND TAXONOMIC COMPOSITION IN IN VITRO STUDIES

The paper studies the effect of changes in the composition of the diet and the additional inclusion of the element iron in ultrafine form on the fermentation processes in the rumen: the level of volatile fatty acids, nitrogen metabolites and the taxonomic composition of the microbiota of the ruminal digesta. The main objective of the work is to evaluate the effect of the element iron in ultrafine form on the metabolic processes in the rumen of ruminants in an in vitro experiment. The studies were carried out by the in vitro method, the ruminal digesta was used as the object of the study. The research was carried out in the incubator "ANKOM DaisyII" a model of an artificial rumen. For the study, ultrafine particles (UDP) of iron obtained by the method of an electric explosion of a conductor in an argon atmosphere (d=90 nm, Z-potential 7.7 ± 0.5 mV) were used, containing 99.8% Fe. The use of iron in the UDP experiment showed a change in some parameters of metabolism in the rumen fluid, in particular, an increase in the level of LVH and total nitrogen. The structure of the microbiome of the ruminal digesta did not change when using iron, however, it should be noted that the number of representatives of Ruminococcaceae, Prevotellaceae, Lentimicrobiaceae, Unclassified_"Bacteroidales" increased by 0.9 %, 2.7 % , 0.5 %, 3.8 %.

Текст научной работы на тему «ВЛИЯНИЕ ПРЕПАРАТА ЖЕЛЕЗА НА ПРОЦЕССЫ ФЕРМЕНТАЦИИ В РУБЦЕ И ТАКСОНОМИЧЕСКИЙ СОСТАВ В IN VITRO ИССЛЕДОВАНИЯХ»

Научная статья УДК 636.084.1

doi: 10.47737/2307-2873_2023_43_141

ВЛИЯНИЕ ПРЕПАРАТА ЖЕЛЕЗА НА ПРОЦЕССЫ ФЕРМЕНТАЦИИ В РУБЦЕ И ТАКСОНОМИЧЕСКИЙ СОСТАВ В IN VITRO ИССЛЕДОВАНИЯХ

©2023. Елена Владимировна Шейдаш, Ольга Вилориевна Кван 2, Денис Александрович Тюриков3

1,2,3 Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии

наук, Оренбург, Россия,

1elena-shejjda@mailru

Аннотация. В работе изучено влияние изменения состава рациона и дополнительное включение элемента железа в ультрадисперсной форме на процессы ферментации в рубце: уровень летучих жирных кислот, метаболиты азота и таксономический состав микробиоты рубцо-вого содержимого. Основная цель работы - оценить влияние элемента железа в ультрадисперсной форме на течение метаболических процессов в рубце жвачных животных в опыте in vitro. Исследования производили методом in vitro, в качестве объекта исследования использовали руб-цовое содержимое. Исследования проводили в инкубаторе «ANKOM DaisyII» - модель искусственного рубца. Для исследования были использованы ультрадисперсные частицы (УДЧ) железа, полученные методом электрического взрыва проводника в атмосфере аргона (d=90 нм, Z-потенциал 7,7±0,5 мВ), содержали 99,8% Fe. Применение в эксперименте УДЧ железа показало изменение некоторых параметров метаболизма в рубцовой жидкости, в частности, повышение уровня ЛЖК и общего азота. Структура микробиома рубцового содержимого при использовании железа не изменялась, однако следует отметить увеличение численности представителей Ruminococcaceae, Prevotellaceae, Lentimicrobiaceae, Unclassified_"Bacteroidales" на 0,9 %, 2,7 %, 0,5 %, 3,8 %.

Ключевые слова: ультрадисперсные частицы, железо, летучие жирные кислоты, азот, мик-робиом, рубцовое содержимое, жвачные

Введение. Нанотехнологии открыли новую эру в различных областях научных интересов - биотехнологии, биомедицине, ветеринарии и науках о животных, предоставив новые маломасштабные инструменты и материалы, полезные для живых организмов [1]. Разновидности наноматериалов, которые используются для диагностики заболеваний, лечения, доставки лекарств, питания животных, разведения животных, воспроизводства и придания дополнительной ценности продуктам животного происхождения и, наконец, безопасности пищевых продуктов включает использование

липосом, полимерных наночастиц, дендриме-ров, металлических наночастиц, углеродных наночастиц, квантовых точек, углеродных нанотрубок, магнитных наночастиц и фуллере-нов [2].

Недавно нанотехнология внесла вклад в разработку нетоксичных противомикробных средств для снижения устойчивости к антибиотикам, используемым для борьбы с различными патогенами, вызывающими хронические инфекции у домашнего скота [2]. Кроме того, применение наноматериалы как противовирусные агенты, играют важную роль в обеспечении здоровья и воспроизводства животных.

Наконец, наноматериалы находят применение в пищевой промышленности [3].

Минеральные препараты в нано- и ультрадисперсных формах обладают высокой биологической активностью по сравнению с органической и неорганической формами этих веществ, а также оказывают иммуномодулиру-ющее, антибактериальное воздействие и обладают отсутствием токсичного эффекта [4, 5]. За счет большей активной поверхности или поверхностной функциональности УДЧ имеют высокую проникающую способность и лучшее всасывание в желудочно-кишечном тракте [5, 6].

Изучено влияние обогащения рациона бычков калмыцкой породы наноразмерными частицами микроэлементов в составе ультрадисперсных порошков металлов на мясное сырье. Введение в рацион добавки железа в дозировке 0,08 мг/кг веса способствовало улучшению нутриентного состава мяса и насыщению его эссенциальным железом для детского и функционального питания. В результате проведенного исследования зафиксировано увеличение содержания в мясе говядины железа более чем в два раза при сравнении с контрольной группой, при этом содержание железа в длиннейшей мышце туш опытных бычков составило 89,29 мг/кг [7].

В исследованиях при включении наноча-стиц железа на фоне использования в кормлении бычков жировой добавки установлено увеличение переваримости сухого вещества рациона в рубце на 9 % и повышение интенсивности течения метаболических процессов [8]. Включение в жировые рационы ультрадисперсных частиц железа повышало переваримость питательных компонентов корма (сырого жира, органического вещества и БЭВ) [9]. Однако очень мало проведено работ по изучению влияния железа в чистом виде на обменные процессы в рубце.

Цель исследования: оценить в опыте in vitro влияние ультрадисперсных частиц железа

на течение обменных процессов в рубце жвачных животных.

Методика. В качестве объекта исследования использовалось рубцовое содержимое, полученное через хроническую фистулу рубца от бычков, n=4, породы казахская белоголовая, в возрасте 10 мес. Эксперимент проводился методом латинского квадрата 4 х 4 в лаборатории биологических испытаний и экспертиз Федерального научного центра биологических систем и агротехнологий Российской академии наук. Проведение экспериментальных исследований, содержание и обслуживание опытных животных осуществляли в соответствии с рекомендациями и инструкциями к выполнению биологических исследований [10, 11]. Количество исследуемых образцов и опытных животных были сведены к минимуму с целью уменьшения страдания животных. Кормление животных осуществляли по общепринятым нормам с учетом рекомендаций А.П. Калашникова и др. [12]. Структура и питательность рациона представлены в таблице 1.

Отбор проб содержимого рубца производили, спустя 12 часов после кормления, через хроническую фистулу рубца (ANKOM, d=80 мм) резиновым шлангом длиной 200 см и наружным диаметром 40 мм в термос объемом 3 литра. Транспортировку осуществляли в термосах в течение 30 минут.

Схема эксперимента. Исследования производили методом in vitro c помощью установки - инкубатора «ANKOM DaisyII» (ANKOM Technology, США) (модификации D200 и D200I) по специализированной методике [13]. Для исследования были приготовлены I контрольный образец (состав контрольного рациона не отличался от состава и структуры рациона для данного вида, пола, продуктивности и возраста животных (таблица 1)) и два опытных. В состав опытных образцов входили рацион и дополнительные компоненты: II - подсолнечный жмых, III - подсолнечный жмых + 1,4 мг железа/кг СВ.

Таблица 1

Состав и питательность рациона, %

Компонент Содержание

Сено разнотравное (Mixed grass hay), % 47,4

Сено бобовое (Legume hay), % 32,6

Зерновая смесь (Grain mixture), % 19,0

Mineral, % 1,0

Итого, % 100

В рационе содержится (% СВ) / The diet contains (% DM)

Сухое вещество 94,68

Сырой протеин 5,9

Сырая клетчатка 28,0

НДК 6,3

КДК 4,6

Гемицеллюлоза 1,65

Сырой жир 2,73

Органическое вещество 93,4

Кальций 0,51

Фосфор 0,37

Сырая зола 1,28

БЭВ 53,8

Для исследования были использованы ультрадисперсные частицы железа, полученные методом электрического взрыва проводника в атмосфере аргона («Передовые порошковые технологии», г. Томск). Препараты Fe НЧ (d=90 нм, Z-потенциал 7,7±0,5 мВ), содержали 99,8% Fe. Перед включением в рацион ультрадисперсные частицы железа диспергировали в физиологическом растворе с помощью УЗДН-2Т («НПП Академприбор», Россия) (35 кГц, 300 Вт, 10 мкА, 30 мин). Образцы корма взвешивали по 500 мг и помещали в полиамидные мешочки, затем мешочки помещались в инкубатор для инкубации при температуре +39,5 °С: 48 часов - в смеси буферного раствора с рубцовой жидкостью, По окончанию инкубации образцы промывались и высушивались при температуре +60 °С до константного веса. Коэффициент переваримости сухого вещества in vitro вычисляли как разницу масс образца корма с мешочком до и после инкубации. После инкубирования производили отбор проб воздуха для определения уровня метана на приборе «Кристаллюкс-2000М» методом газовой хроматографии.

Уровень летучих жирных кислот (ЛЖК) в содержимом рубца определяли методом газовой хроматографии с пламенно-ионизацион-

ном детектированием на хроматографе газовом «Кристаллюкс-4000М (СКБ Хроматек, Россия), определение форм азота - по ГОСТ 26180-84, ГОСТ 13496.4-2019.

Анализ микробного биоразнообразия содержимого рубца проводили с помощью MiSeq («Illumina», США) методом секвениро-вания нового поколения (NGS) с набором реагентов MiSeq® Reagent Kit v3 (600 cycle) в Центре коллективного пользования научным оборудованием «Персистенция микроорганизмов» (Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН).

Некоторые ОТЕ выравнивали c помощью алгоритма BLAST [14], используя базы данных нуклеотидных последовательностей nr/nt National Center for Biotechnological Information, NCBI [15] и выравненных последовательностей генов рибосомальной РНК SILVA [16].

Для биоинформатической обработки результатов используется программа PEAR (Pair-End AssembeR, PEAR v0.9.8).

Результаты секвенирования обрабатывали с использованием пакета анализа данных Microsoft Excel 16, программного обеспечения Microsoft Of-fice (США). Численные данные были обработаны с помощью программы SPSS «Statistics 20» («IBM», США), рассчитывали

средние (М), среднеквадратичные отклонения (±о), ошибки стандартного отклонения (±SE). Для сравнения вариантов использовали непараметрический метод анализа. Различия считали статистически значимыми при p<0,05, p<0,01, p<0,001. Численные данные были обработаны с помощью программы SPSS «Statistics 20» («IBM», США), рассчитывали средние (М), среднеквадратичные отклонения (±о), ошибки стандартного отклонения (±SE). Для

сравнения вариантов использовали непараметрический метод анализа. Различия считали статистически значимыми при р<0,05, р<0,01, р<0,001.

Результаты. В группе, получавшей подсолнечный жмых, переваримость СВ относительно контроля повышалась на 1,8 %, при этом дополнительное включение УДЧ железа повышало переваримость СВ относительно контроля на 2% (рисунок 1).

Рис 1. Переваримость сухого вещества белковых рационов при дополнительном включении железа, % Fig. 1. Digestibility of dry matter of protein diets with additional inclusion of iron, %

Включение протеинового концентрата в рацион бычков способствовало повышению уровня углеводов в рационах опытных групп на 0,42 %, а, как известно, конечным продуктом сбраживания углеводов в рубце являются ЛЖК. Соответственно, чем выше уровень углеводов, тем больше концентрация летучих жирных кислот в рубцовой жидкости. В ходе исследований in vitro установлено, что уровень ЛЖК в образцах при введении ультрадисперсных препаратов на фоне использования белковых компонентов изменялся (рисунок 2).

В контрольной группе был отмечен достаточно низкий уровень ЛЖК, за исключением капроновой кислоты, однако ее уровень

был ниже, чем в опытных группах. Дополнительное включение железа на фоне протеиновых рационов сдвигало метаболические процессы в рубце в сторону ацетата и бутирата. Так, относительно контрольных значений, концентрация уксусной кислоты в группе с подсолнечным жмыхом была выше на 168 %, а при использовании подсолнечного жмыха и железа - на 360 % (р<0,05). Уровень масляной и капроновой кислот также был выше относительно контроля в группе с подсолнечным жмыхом на 210 % (р<0,01) и 52,3 % (р<0,05), в группе с включением УДЧ железа - на 310 (р<0,01) и 181 % (р<0,05) соответственно. Метаболизм азота в РЖ в присутствии железа также изменялся по-разному (рисунок 3).

Примечание: * - Р<0,05; ** - Р<0,01; *** - Р<0,001

Рис 2. Изменение уровня ЛЖК в содержимом рубца при дополнительном включении белковых

концентратов и железа, ммоль/100 мл Fig. 2. Change in the level of VFA in the ruminal digesta with additional inclusion of protein

concentrates and iron, mmol / 100 ml

Контроль

s Подсолнечный жмых

I Подсолнечный жмых+Fe

03 р

ы т с

s

т о

00 <с

m

m 5

ON OS OS

<N

О <N

oC

^ 140 "о"

Общий азот Небелковый Аммиачный Мочевинный Белковый азот азот азот азот

Рис 3. Концентрация метаболитов азота в содержимом рубца при дополнительном включении

белковых концентратов и железа, мг/% Fig. 3. Concentration of nitrogen metabolites in the ruminal digesta with additional inclusion of protein concentrates and iron, mg/%

Уровень общего и белкового азота в опытных группах относительно контроля увеличился: при использовании подсолнечного жмыха и железа - на 3,3 % и 6,6 % соответственно. Уровень небелкового, аммиачного и мочевинного азота в присутствии железа был

ниже контрольных значений. При дополнительном использовании железа на фоне белкового рациона качественный состав микро-биома рубца не изменялся, а вот в количественном отношении были выявлены изменения (рисунок 4).

А

Контроль

Подсолнечный жмых

1 Подсолнечный жмых+Fe

Другие Verrucomicrobia Spirochaetes Proteobacteria Bacteroidetes Firmicutes

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Филум, %

ffl Подсолнечный жмых+ Fe ■ Подсолнечный жмых ШКонтроль

Subdivision5 Sphaerochaetaceae Succnivibrionaceae Bdellovibrionaceae unclassified_Alphapr...

Rikenellaceae Unclassified_"Bacter... Lentimicrobiaceae Prevotellaceae Selenomonadaceae Lactobacillaceae [ * Streptococcaceae Lachnospiraceae Ruminococcaceae i i

0 5 10 15 20 25 Се3М ейств05 %

Рис 4. Видовой состав микробиома (преобладающие таксоны) рубцового содержимого in vitro, при дополнительным включением железа на фоне белковых рационов, %: А - на уровне филума; В - на уровне семейства Fig. 1. Species composition of the microbiome (predominant taxa) of the ruminai digesta in vitro, with additional inclusion of iron on the background of protein diets, %: A - at the phylum ievei; B - at the family ievei

В

В контрольной и опытных группах доминирующими филумами были Bacteroidetes, Firmicutes, Р^еоЬа^епа и Verrucomicrobia. Железо увеличивало численность представителей филума Bacteroidetes на 6,9 %, а Firmicutes, ProteoЬacteria, VerrucomicroЬia снижало на 4,1 %, 1,9 % и 1,2 %, соответственно, относительно контрольных значений.

Доминирующими семействами оказались Ruminococcaceae, Lachnospiraceae, Selenomona-daceae, Prevotellaceae, LentimicroЬiaceae, Unclassified_"Bacteroidales", Rikenellaceae, Suc-cniviЬrionaceae (рисунок В). Включение УДЧ железа увеличивало количество представителей Ruminococcaceae, Prevotellaceae,

LentimicroЬiaceae, Unclassified_"Bacteroidales" на 0,9 % , 2,7 % , 0,5 %, 3,8 %, соответственно, уменьшилась численность Lachnospiraceae, Rikenellaceae, SuccniviЬrionaceae на 1,6 %, 0,7 %, 1,7 %, соответственно, относительно образцов с использованием белкового компонента.

В опытной группе с использованием белкового концентрата отмечено повышение численности Ruminococcaceae, участвующих в

расщеплении, главным образом, клетчатки. Включение УДЧ железа способствовало увеличению числа представителей Firmicutes и ProteoЬacteria, отвечающих за переваримость крахмала и белков в кормах и участвующих в фиксации азота, о чем свидетельствует повышение уровня общего и белкового азота в руб-цовом содержимом.

Вывод. Дополнительное использование в кормлении жвачных животных ультрадисперсных частиц железа показало усиление течения обменных процессов в рубце, что достоверно повышало уровень ЛЖК и общего азота в рубцовой жидкости. Структура микробиома рубца при использовании железа не изменялась, однако следует отметить увеличение численности представителей Ruminococcaceae, Prevotellaceae, LentimicroЬiaceae,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Unclassified_"Bacteroidales" на 0,9 %, 2,7 %, 0,5 %, 3,8 %.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР за 2021-2023 гг. ФГБНУ ФНЦ БСТРАН N 0761-2019-0005)

Список источников

1. Bai D.P., Lin X.Y., Huang Y.F., Zhang X.F. Theranostics Aspects of Various Nanoparticles in Veterinary Medicine // International Journal of Molecular Sciences. 2018. 19. P. 3299. doi:10.3390/ijms19113299

2. Muktar Y., Bikila T., Keffale M. Application of Nanotechnology for Animal Health and Production Improvement: A Review // World Appl. Sci. J. 2015. 33. P. 1588-1596

3. Lee J., Jo M., Kim T.H., Ahn J.Y., Lee D.K., Kim S., Hong S. Aptamer sandwich-based carbon nanotube sensors for single-carbon-atomic-resolution detection of non-polar small molecular species // Lab Chip. 2011. 11. P. 52-56.

4. Swain P.S., Rajendran D., Rao S.B.N., Dominic G. A review // Veterinary World. 2015. 8(7). P. 888. doi: 10.14202/vet-world.2015.888-891

5. Rajendran D., Kumar G., Ramakrishnan S., Thomas K.S. Enhancing the milk production and immunity in Holstein Fresian crossbred cow by supplementing novel nano zinc oxide // Research Journal Biotechnology. 2013. 8 (5). P.11-17.

6. Зазимко М.А., Забашта Н.Н., Головко Е.Н., Синельщикова И.А., Лисовицкая Е.П. Обогащение рациона бычков железом // Молочное и мясное скотоводство. 2021. 6. С. 26-29. doi: 10.33943/MMS.2021.68.90.005

7. Левахин Ю.И., Нуржанов Б.С., Рязанов В.А., Джуламанов Е.Б. Изменения микробиоценоза рубца, крови и переваримость сухого вещества рациона при введении бычкам совместно с жировой добавкой ультрадисперсных частиц железа // Аграрный вестник Урала. 2019. 1 (192). С. 53-59. doi: 10.32417/1997-4868-2020-192-1-53-59

8. Шейда Е.В., Лебедев С.В., Мирошников С.А., ГречкинаВ.В., Шошина О.В. Адаптационные процессы в пищеварительной системе при введении ультрадисперсных частиц железа в жировые рационы крупного рогатого скота // Сельскохозяйственная биология. 2022. 2 (57). С. 328-342. doi: 10.15389/agrobiology.2022.2.328rus

9. Сарымсакова Б.Е., Розенсон Р.И., Баттакова Ж.Е. Руководство по этике научных исследований: методические рекомендации. Астана, 2007. 98 с.

10. Веселова Т.А., Мальцева А.А., Швец И.М. Биоэтические проблемы в биологических и экологических исследованиях: учебно-методическое пособие в электронном виде. Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2018. 187 c.

11. Калашников А.П., Фисинин В.И., Щеглов В.В., Клейменов Н.И. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных. Справочное пособие 3-е издание переработанное и дополненное. Москва, 2003. 456 с.

12. Левахин Г.И., Мещеряков А.Г. К методике определения расщепляемости протеина кормов в лабораторных условиях // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2003. 3. C. 12-13.

13. https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi?PROGRAM=blastn&PAGE TYPE=BlastSearch&LINK LOC=blasthome

14. https://www.ncbi.nlm.nih.gov

15. https://www.arb-silva.de

16. Zhang J., Kobert K,, Flouri T,, Stamatakis A, PEAR: A fast and accurate Illumina Paired-End reAd merger // Bioinfor-matics. 2014. 30(5): 614-620 (doi: 10,1093/bioinformatics/btt593

THE EFFECT OF IRON PREPARATION ON FERMENTATION PROCESSES IN THE RUMEN AND TAXONOMIC COMPOSITION IN IN VITRO STUDIES

©2023. Elena V.Sheida1^, Olga V.Kvan2, D.A.Tyurikov3

i,23 Federal Scientific Center for Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences,

Orenburg, Russia,

[email protected]

Abstract.The paper studies the effect of changes in the composition of the diet and the additional inclusion of the element iron in ultrafine form on the fermentation processes in the rumen: the level of volatile fatty acids, nitrogen metabolites and the taxonomic composition of the microbiota of the ruminal digesta. The main objective of the work is to evaluate the effect of the element iron in ultrafine form on the metabolic processes in the rumen of ruminants in an in vitro experiment. The studies were carried out by the in vitro method, the ruminal digesta was used as the object of the study. The research was carried out in the incubator "ANKOM DaisyII" - a model of an artificial rumen. For the study, ultrafine particles (UDP) of iron obtained by the method of an electric explosion of a conductor in an argon atmosphere (d=90 nm, Z-potential 7.7 ± 0.5 mV) were used, containing 99.8% Fe. The use of iron in the UDP experiment showed a change in some parameters of metabolism in the rumen fluid, in particular, an increase in the level of LVH and total nitrogen. The structure of the microbiome of the ruminal digesta did not change when using iron, however, it should be noted that the number of representatives of Ruminococcaceae, Prevotellaceae, Lentimicrobiaceae, Unclassified_"Bacteroidales" increased by 0.9 %, 2.7 % , 0.5 %, 3.8 %.

Key words: ultrafine particles, iron, volatile fatty acids, nitrogen, microbiome, ruminal digesta, ruminants

References

1. Ding-Ping Bai, Xin-Yu Lin, Yi-Fan Huang and Xi-Feng Zhang. Theranostics Aspects of Various Nanoparticles in Veterinary Medicine. International Journal of Molecular Sciences. 2018, 19, 3299; doi:10.3390/ijms19113299

2. Muktar, Y.; Bikila, T.; Keffale, M. Application of Nanotechnology for Animal Health and Production Improvement: A Review. World Appl. Sci. J. 2015, 33, 1588-1596

3. Lee, J.; Jo, M.; Kim, T.H.; Ahn, J.Y.; Lee, D.K.; Kim, S.; Hong, S. Aptamer sandwich-based carbon nanotube sensors for single-carbon-atomic-resolution detection of non-polar small molecular species. Lab Chip 2011, 11, 52-56

4. Swain P. S., D. Rajendran, S. B. N. Rao and G. Dominic A review Veterinary World 8(7) 888 (2015) DOI: 10.14202/vet-world.2015.888-891

5. Rajendran D., G. Kumar, S. Ramakrishnan, and K. S. Thomas Research Journal Biotechnology, vol. 8, no. 5, pp. 11-17 (2013)

6. Zazimko M.A., Zabashta N.N., Golovko E.N., Sinelshchikova I.A., Lisovitskaya E.P. Enrichment of the diet of bulls with iron / Dairy and beef cattle breeding. 2021. No. 6. pp. 26-29. DOI: 10.33943/MMS.2021.68.90.005

7. Levakhin Yu. I., Nurzhanov B. S., Ryazanov V. A., Dzhulamanov E. B. Changes in the microbiocenosis of the rumen, blood and the digestibility of the dry matter of the diet when introduced to bulls together with a fat additive of ultrafine iron particles. Agrarian Bulletin of the Urals. 2019. No. 01 (192). pp. 53-59. (doi: 10.32417/1997-4868-2020-192-1-53-59

8. Sheida E.V., Lebedev S.V., Miroshnikov S.A., Grechkinav.V., Shoshina O.V. Adaptive processes in the digestive system when introducing ultrafine iron particles into fat rations of cattle. Agricultural Biology. Vol.57. No.2. 2022. pp. 328-342. Doi: 10.15389/agrobiology.2022.2.328rus

9. Sarymsakova BE, Rosenson RI, Battakova THE SAME. Guidelines on the ethics of scientific research: methodological recommendations. Astana. 2007. 98 c.

10. Veselova TA, Maltseva AA, Shvets IM. Bioethical problems in biological and environmental research: an educational and methodological manual in electronic form. Nizhny Novgorod: Nizhny Novgorod State University. 2018. 187p.

11. Kalashnikov A.P., Fisinin V.I., Shcheglov V.V., Kleimenov N.I. Norms and rations of feeding of farm animals. Reference manual 3rd edition revised and expanded. Moscow, 2003. 456 p.

12. Levakhin G.I., Meshcheryakov A.G. On the methodology for determining the cleavability of feed protein in laboratory conditions. Reports of the Russian Academy of Agricultural Sciences, 2003, 3: 12-13.

13.https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi?PROGRAM=blastn&PAGE TYPE=BlastSearch&LINK LOC=blasthome

14.https://www.ncbi.nlm.nih.gov

15.https://www.arb-silva.de

16. Zhang J., Kobert K,, Flouri T,, Stamatakis A, PEAR: A fast and accurate Illumina Paired-End reAd merger, Bioinfor-matics, 2014, 30(5): 614-620 (doi: 10,1093/bioinformatics/btt593

Сведения об авторах Е.В.Шейда1^ - канд. биол. наук, научный сотрудник; О.В. Кван 2 - канд. биол. наук, старший научный сотрудник; Д.А.Тюриков 3 -специалист.

1,2,3 Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской Академии наук, ул. 9 января 29, г. Оренбург, Россия.

1 [email protected],https://orcid.org/0000-0002-2586-613X [email protected], https://orcid.org/0000-0003-0561-7002 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-6251-6411

Information about the authors E.V. Sheida - Cand. Biol. Sci., Researcher; O.V. Kvan 2 - Cand. Biol. Sci., Senior Researcher; D.A.Tyurikov3 - Expert.

',2Federal Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences, 29, 9 Yanvarya St., Orenburg, Russia.

1 [email protected],https://orcid.org/0000-0002-2586-613X [email protected], https://orcid.org/0000-0003-0561-7002 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-6251-6411

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Conflict of interest: the authors declare that they have no conflicts of interest.

Статья поступила в редакцию 11.05.2023; одобрена после рецензирования 20.06.2023; принята к публикации 04.09.2023 The article was submitted 11.05.2023; approved after reviewing 20.06.2023; acceptedfor publication 04.09.2023

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.