Нанокапсулированные пробиотики, практические аспекты применения в животноводстве и ветеринарной медицине

НАНОКАПСУЛИРОВАННЫЕ ПРОБИОТИКИ, ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ И ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЕ

О.Б. Сеин, Д.В. Трубников, А.А. Кролевец, В.А. Челноков, К.А. Толмачев, А.Г. Николаенко

Аннотация. В статье рассматриваются актуальные вопросы практического применения в животноводстве и ветеринарной медицине нанокапсулированного про-биотика и селенсодержащего препарата. В научно-производственных опытах было установлено, что после скармливания нанокапсулированных препаратов у молодняка крупного рогатого скота повышался обмен веществ, увеличивались среднесуточные приросты массы тела, снижалась заболеваемость органов пищеварения. Показано преимущество нанокапсулированных препаратов по сравнению с некапсулированными про-биотиком и селенсодержащим препаратом.

Ключевые слова: бактерии, бычки, кишечник, микроорганизмы, органы пищеварения, препарат, пробио-тик, селен.

В последние годы для сбалансирования рационов сельскохозяйственных животных, в том числе и крупного рогатого скота, кроме традиционных питательных и минеральных веществ получили широкое применение пробиотики - биологические препараты, представляющие собой стабилизированные культуры симбионтных микроорганизмов или продукты их ферментации.

Актуальность использования пробиотических препаратов обусловлена, прежде всего, их биологическим спектром действия на организм животных. Попадая в желудочно-кишечный тракт, активно размножаясь, пробионты осуществляют неспецифический контроль за численностью условно - патогенной микрофлоры, вытесняют её из состава кишечной популяции и сдерживают проявление факторов патогенности у её представителей. В настоящее время пробиотические препараты используют в практике животноводства и ветеринарной медицины для улучшения процессов пищеварения и с целью стимуляции роста; устранения расстройств желудочно-кишечного тракта, возникающих вследствие резкого изменения состава рациона, нарушений режима кормления, технологических и других стрессов; коррекции нормальной микрофлоры кишечника после антимикробной терапии и профилактики дисбактериозов; стимуляции местной иммунной защиты и повышения неспецифической резистентости организма (В.В. Субботин и др. 1998; А.Н. Панин, 2000; Б.В. Тараканов, 2000; Е.В. Малик и др., 2001; Н.В. Данилевская и др., (2005); Fuller (1989).

Биологическими предприятиями выпускаются различные коммерческие формы пробиотических препаратов, содержащих живые микробные клетки в лиофили-зированном и жидком состоянии, с наполнителями и без них. Такие препараты включают в свой состав как отдельные пробиотические микроорганизмы, так и несколько видов бактерий. Последние более предпочтительны, так как они могут развиваться в различных условиях. При этом одной из важных характеристик полученного пробиотика является его способность длительно сохранять живые клетки и поддерживать их жизнеспособность при прохождении микроорганизмов вплоть до нижних отделов кишечника. Поэтому микроорганизмы - пробионты должны быть устойчивыми к pH желудка и к желчи. К сожалению, большинство микроорганизмов обладают слабо выраженными «защитными» свойствами и, пройдя через кислую среду желудка, значительная часть их погибает. (И.Ю. Чичерин и др., 2012). В этой связи в последние годы появились капсулированные пробиотические препараты,

«упакованные» в полимерные или желатиновые капсулы, которые преимущественно используются в медицине. В ветеринарной практике и животноводстве они не нашли широкого применения в связи с относительно высокой стоимостью и сложностью введения в организм продуктивных животных.

В ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет» на кафедре органической и аналитической химии под руководством профессора А.А. Кролевца была разработана технология нанокапсулирования пробио-тических препаратов, как в отдельности, так и в комплексе с другими биологически активными веществами, в частности с микро- и макроэлементами. В связи с появлением нанокапсулированных препаратов, в том числе и пробиотиков, возникает необходимость изучения их влияния на физиологические, биохимические и продуктивные показатели сельскохозяйственных животных.

Исходя из вышеизложенного, целью наших исследований являлось получение нанокапсулированного биологически активного препарата и изучение его влияния на физиологический статус молодняка крупного рогатого скота.

Разработанная профессором Кролевцом А.А. оригинальная технология и авторское оборудование позволяет проводить нанокапсулирование веществ, обладающих как плотной (порошкообразные вещества), так и гидрофильной структурой (эмульсии, дисперсии, суспензии, коллоидные растворы).

В отличие от существующих макрокапсул, имеющих желатиновую или полимерную оболочку, нанокап-сулы представляют собой образования шаровидной или близкую к таковой геометрическую форму. Нанокапсу-лы могут быть однослойными, с одной оболочкой и многослойными - с внешней и внутренней оболочками.

Разработанная технология предусматривает получение нанокапсул с заданными физическими и струк-турномеханическими характеристиками, такими, как размер капсул, толщина и проницаемость оболочки, устойчивость к воздействию ферментов и температуры. Важной характеристикой нанокапсул является соотношение оболочки к внутреннему содержимому капсул.

Внутреннее содержимое изготовленных нанокапсул состояло из двух компонентов - пробиотика и селенсо-держащего препарата (рисунок 1). В качестве пробио-тика был выбран препарат «Ветом 1.1», основой которого являются бактерии Bacillus subtilis рекомбинант-ного штамма ВКПМ В-10641. Данный пробиотик обладает уникальными свойствами. Он нормализует видовой состав кишечной микрофлоры, в том числе лакто -и бифидобактерий, существенно сокращает численность условно-патогенных микроорганизмов, обладает гепато-протективным действием, стимулирует процессы иммунитета. Селенсодержащий препарат «Сел-Плекс» представлен органической формой селена в виде селенометионина и селеноцистеина. Этот препарат оказывает выраженное действие на обмен веществ, обладает антиоксидантным и другими свойствами.

Изготовленный нанокапсулированный препарат получил условное название «ВетСел» и был подвергнут проверке с учётом Методических рекомендаций Рос-потребнадзора «Оценка безопасности наноматериалов (приказ №280, от 12.10.2007г.).

Основной целью капсулирования указанных препаратов являлось их транзитная доставка в тонкий и толстый отделы кишечника. При этом нанокапсулы выполняли роль контейнеров, обеспечивающих эту доставку.

Рисунок 1 - Схематическое изображение структуры нанокапсулы препарата «ВетСел»

Для изучения «поведения» нанокапсулированного препарата «ВетСел» в организме животных нами были проведены опыты в условиях in vitro, имитирующих пищеварение в различных участках желудочно-кишечного тракта крупного рогатого скота.

При убое клинически здоровых животных на боен-ской площадке осуществляли отбор содержимого пред-желудков, сычуга и кишечника. Полученное содержимое подвергали пресс - фильтрации, фильтрации через ватно-марлевый фильтр и центрифугированию. Для освобождения надосадочного центрифугата от бактерий-симбионтов его пропускали через керамический фильтр. В полученных фильтратах определяли pH, в фильтратах преджелудков она находилась в пределах 7,2 - 7,6, в кишечнике 7,6-7,8 (рисунок 2). Затем в пробирке с фильтратами из разных отделов желудочно-кишечного тракта помещали препарат «ВетСел» и инкубировали при 37° С в течение 4 часов. После инкубации проводили подсчёт общего количества бактерий в камере Горяева.

Рисунок 2 - Схема локализации препарата «ВетСел» в желудочно - кишечном тракте крупного рогатого скота

Результаты исследований показали, что после 4-часовой инкубации в фильтратах содержимого преджелудков пробиотические бактерии обнаруживались в количестве 1,1-1,2-102 КОЕ/мл. В фильтрате содержимого тонкого отдела кишечника содержание бактерий было наибольшим (1,4106 КОЕ/мл), что связано комплексом ферментов кишечного сока, действие которых является «агрессивным» по отношению к структуре капсул и разрушает их. В результате содержимое капсул поступает в полость кишечника.

Пробиотические бактерии быстро распространяются по всему кишечнику и начинают «продуцировать»

биологически активные вещества, оказывающие как прямое действие на патогенные микроорганизмы, так и опосредованно, через активацию неспецифических факторов защиты макроорганизма. В свою очередь се-ленсодержащий препарат стимулирует систему ферментативной антиоксидантной защиты организма.

В результате у животных активируются процессы пищеварения, повышается моторика и всасывающая функция кишечника, усиливается обмен веществ.

Данные изменения оказывают позитивное влияние на рост и развитие животных. Об этом свидетельствуют результаты научно-производственных опытов, проведённых нами в ООО «Агроресурс Молоко» Ольховат-ского района Воронежской области.

Было установлено, что у 16-месячных бычков на откорме красно-пёстрой породы, которым скармливали препарат «ВетСел» (1 опытная группа) в крови содержалось больше гемоглобина (121,0 ± 1,1 г/л), общего белка (73,4 ± 0,8 г/л), альбуминов (46,0 ± 0,3%), гамма-глобулинов (28,5 ± 0,4%), глюкозы (2,94 ± 0,07 ммоль/л), витаминов А (0,88 ± 0,03 мгл), и С (3,85 ± 0,08 ммоль/л), чем у животных (2 опытная группа), которые получали некапсулированный пробиотик и селенсодержащий препарат (118,4 ± 0,8 г/л; 70,5 ± 0,6 г/л; 43,3 ± 0,7%; 27,0 ± 0,4%; 2,78 ± 0,04 ммоль/л; 0,77 ± 0,02 мг/л; 3,45 ± 0,03 ммоль/л) и у животных контрольной группы (110,0 ± 1,2 г/л; 68,5 ± 0,9 г/л; 40,5 ± 0,8%; 24,8 ± 0,6%; 2,52 ± 0,10 ммоль/л; 0,70 ± 0,02 мг/л; 3,35 ± 0,04 ммоль/л).

Анализ химико-энергетической ценности мяса бычков 16-месячного возраста (таблица 1) показал, что у животных, получавших препарат «ВетСел» (1 опытная группа) в мясе содержалось больше (Р<0,05) белка и жира в среднем на 0,7% по сравнению с контрольными животными (3 группа).

Таблица 1 - Содержание белкового азота в органах бычков, получавших биологически активные препараты

Показатели Группа

1 опытная 2 опытная 3 контрольная

Длиннейшая мышца спины, г% 2,77 ± 0,04* 2,64 ± 0,03* 2,50 ± 0,04

Стенка тонкого отдела кишечника, г% 2,57 ± 0,04* 2,45 ± 0,03* 2,27 ± 0,03

Печень, г% 2,81 ± 0,04* 2,70 ± 0,03* 2,58 ± 0,04

Примечание:

* при Р<0,05 по сравнению с контрольной группой;

• - по сравнению 1 группы со 2-ой группой

В свою очередь определение белкового азота свидетельствует о том (таблица 2), что в длиннейшей мышцы спины, печени и стенке тонкого отдела кишечника у бычков, которым скармливали «ВетСел» его содержание было достоверно (Р<0,05) больше, чем у животных контрольной группы и получавших некапсу-лированные препараты (2 опытная группа).

Таблица 2 - Химический состав и энергетическая ценность мяса бычков, получавших биологически активные препараты_

Показатели Группа

1 опытная 2 опытная 3 контрольная

Влага, % 69,7 ± 0,59 69,4 ± 0,40 70,2 ± 0,41

Белок, % 19,4 ± 0,13* 19,3 ± 0,18 18,7 ± 0,16

Жир, % 9,7 ± 0,11* 9,5 ± 0,13* 9,0 ± 0,10

Зола, % 0,92 ± 0,15 0,93 ± 0,10 0,96 ±0,08

Энергетическая ценность 1кг мышц, Мдж 7,14 ± 0,04* 6,97 ± 0,06* 6,80 ± 0,02

Подводя итог проведённых нами исследований, можно сделать заключение, что нанокапсулирование пробиотиков с селеном имеет перспективу, как в теоретическом, так и прикладном направлении. Нанокантей-

неры предохраняют пробиотические бактерии от «агрессивной» среды сычужного содержимого и доставляют их непосредственно в пункт назначения - кишечник, где бактерии размножаются и оказывают в комплексе с селеном позитивное влияние, как местного характера, так и на метаболизм в целом.

Дальнейшее изучение свойств нанокапсул и подбор структурных компонентов при их формировании позволит получать «управляемые нанокапсулы», разрушающиеся при заданных параметрах среды. Это даст возможность доставлять капсулированные препараты в участки желудочно-кишечного тракта без потерь, как самого пробиотика, так и его биологических свойств, а также значительно снизить ранее рекомендуемые дозировки препаратов и тем самым повысить экономическую эффективность их использования.

Список использованных источников

1 Данилевская Н.В. Фармакологические аспекты применения пробиотиков // Ветеринария. - 2005. - №11. - С.6-10.

2 Малик Н.И., Панин А.Н. Ветеринарные пробиотические препараты // Ветеринария. - 2001. - №1. - С.46-51.

3 Субботин В.В., Данилевская Н.В. Новые пробиотики // Животновод. - 1998. - №4. - С.20.

4 Тараканов Б.В. Механизм действия пробиотиков на микрофлору пищеварительного тракта и организм животных // Ветеринария. - 2000. - №1. - С.47-54.

5 Выживаемость бифидобактерий и лактобактерий в условиях in vitro в желудочном соке и дуоденальном содержимом людей /И.Ю.Чичерин, И.В. Драмов, И.П. Погорельский и др.// Кишечная микрофлора, взгляд изнутри: сб. научных статей. Вып.1, ВятГУ, 2012. - С.7-11.

6 Fuller R. Probiotics in man and animals. A re-view/R.Fuller//J.Appl.Bacteriol.-1989.-V.66.-№5.-P.365-378.

Информация об авторах

Сеин Олег Борисович, доктор биологических наук, профессор кафедры терапии и акушерства ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА», тел. (4712) 53- 15-05.

Трубников Денис Владимирович, кандидат биологических наук, доцент, декан факультета ветеринарной медицины ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА», тел. (4712) 53-14-04.

Кролевец Александр Александрович, кандидат химических наук, профессор кафедры органической и аналитической химии ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет».

Челноков Виктор Анатольевич, аспирант «Курская ГСХА», тел. (4712) 53-15-05.

Толкачёв Константин Александрович, соискатель ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА», тел. (4712) 53-15-03.

Николаенко Александр Геннадиевич, студент ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет».