Біотехнологічна інтенсифікація процесів травлення в рубці жуйних

Важливим завданням учених та фахівців, що працюють у галузі сільськогосподарської біотехнології, є створення і впровадження в природні екосистеми шлунково-кишкового тракту тварин високоактивних штамів мікроорганізмів, що сприяють кращому засвоєнню рослинних білків, ліпідів, целюлози та інших вуглеводів, а також є джерелом незамінних амінокислот і вітамінів. Особливо важливе значення мають дослідження з вивчення мікробних популяцій рубця (передшлунка) жуйних тварин, в якому перетравлюється 70...85% всієї сухої речовини корму, що проходить через шлунково-кишковий тракт цих тварин.

Рубець є високоефективною природною системою безперервного культивування анаеробних мікроорганізмів − бактерій (Ruminococus, Bacteroides, Butyrivibrio, Clostridium, Eubacterium й ін.) і найпростіших (Diplodimum, Entodinium, Ophryoscolex, Isotricha й ін.).

Слизова оболонка рубця не утворює власних ферментів і процес перетравлення їжі цілком відбувається за допомогою ферментних білків, що вироблюються мікроорганізмами. Внаслідок життєдіяльності мікрофлори в передшлунках жуйних тварин гідролізуються практично всі форми складних вуглеводів (крохмаль, пектинові речовини, геміцелюлози, клітковина, дисахариди), білки і ліпіди, моносахариди (глюкоза, фруктоза, маноза) підлягають бродінню, моносахариди, амінокислоти і жирні кислоти, що утворюються внаслідок гідролізу складних речовин, використовуються тваринами в біосинтетичних процесах і як джерела енергії. Самі мікроорганізми після їх відмирання також перетравлюються в рубці і стають для тварин важливим джерелом повноцінних білків, незамінних амінокислот, поліненасичених жирних кислот, вітамінів.

Ефективність використання тваринами кормів значною мірою залежить від діяльності мікрофлори шлунково-кишкового тракту. Особливо важливу роль в перетравленні кормів великою рогатою худобою і вівцями відіграють мікробні популяції рубця. Для поліпшення мікробної екосистеми рубця можливо використовувати методи генної інженерії з метою підвищення коефіцієнта засвоєння корму, пригнічення небажаного метаболізму і патогенної мікрофлори, синтезу корисних речовин та ін. Методи синтезу ДНК і клонування генів дозволяють змінювати екосистему рубця і процеси ферментації в певному напрямі через генетичні модифікації. Вважають можливою може бути регуляція процесів деградації складних поживних речовин кормів, складу продуктів бродіння і, навіть, видового складу мікрофлори. Так, перетравлення целюлози − основного компоненту рослинних кормів − відбувається в рубці лише на 40...65%. Підвищити цей показник можна шляхом інтродукції бактерій, що володіють високою целюлозолітичною активністю. Такі бактерії можуть бути створені на базі генетичної модифікації типового представника мікрофлори рубця.

Розроблений новий підхід, за допомогою якого можна буде забезпечити велику рогату худобу білком, збагаченим незамінними амінокислотами. Звичайне додавання білків у корми − дорогий і не досить ефективний спосіб, оскільки білки й амінокислоти руйнуються бактеріями рубця ще до того, як тварина встигає їх використати. Крім того, основну кількість білка вони отримують не з кормами, його забезпечують мікроорганізми рубця. Раціон тварин можна збагатити, якщо спрямовано модифікувати ці бактерії. Для цього спочатку був синтезований білок з високим вмістом залишків метіоніну, лізину і лейцину. Він складався з 100 амінокислот, 57 з яких були незамінними, і мав стабільну а-спіральну конфігурацію. Потім, за допомогою 14 нуклеотидів, що частково перекриваються, синтезували його ген і зшили його з геном білка, який зв'язує мальтозу. Отриманий гібридний ген експресували у Е. соlі під контролем промотору транскрипції. На долю гібридного білка припадає до 12% сумарного внутріклітинного білка. В наш час ведуться досліди щодо того, наскільки бактерії, які існують у рубці, здатні синтезувати цей білок.

Забезпечити жуйних достатньою кількістю білка і амінокислот можливо двома способами. По-перше, запобігти розпаду білків і амінокислот у рубці шляхом модифікації властивостей мікроорганізмів, що відповідають за розпад. По-друге, захистити кормові білки і амінокислоти від атак мікроорганізмів. У першому випадку необхідно блокувати або інгибірувати системи мікробних ферментів, що руйнують амінокислоти. Труднощі цього підходу полягають у тому, що в рубці є сотні різних мікроорганізмів і найпростіших, кожен з яких має значну кількість ферментів.

Що стосується захисту білків і амінокислот від руйнування у рубці, то це можливо зробити механічним і хімічним шляхами. Механічний спосіб захисту амінокислот полягає в тому, що часточки амінокислот певного розміру можуть бути покриті конкретними матеріалами або залиті в них. Такі часточки здатні проходити через рубець у незмінному вигляді. У сичугу або в тонкому кишечнику, навпаки, амінокислота повинна звільнитися. Це перша вимога до матеріалу покриття. Часто використовується залежність розчинності або набрякання матеріалів від рН середовища. Другою вимогою до матеріалів покриття є їх нетоксичність і здатність забезпечувати тонкий покривний шар. До таких матеріалів в основному належать жирні кислоти з довгим ланцюгом, такі як стеаринова і пальмітинова, а також гідратовані жири.

Хімічний захист амінокислот на відміну від фізичних методів полягає в модифікації молекул. Вимоги залишаються такими самими: речовина, що захищена, повинно бути стійкою у рубці, але потім звільнювати амінокислоту в сичугу або тонкому кишечнику. Одним з таких продуктів є N-гідроксиметилметіонінкальцій. У цієї сполуки аміногрупа метіоніну захищена гідроксиметильної групою, на яку впливає рН середовища. Карбоксильна група стабілізована створенням солі кальцію. Захисна група забезпечує достатню стабільність по відношенню до дії мікроорганізмів рубця, але миттєво відщеплюється з утворенням вільної амінокислоти у кислому середовищі сичуга. За використання названого препарату поліпшується молочна продуктивність корів в основному за рахунок збільшення величини надою, в середньому на 7,5% за добу.

Зростання цін на сільськогосподарську продукцію, відставання її виробництва від потреб людини в продуктах харчування, а також зростаючі вимоги до охорони навколишнього середовища потребують більш ефективної утилізації відходів у сфері виробництва кормів для тварин і харчових продуктів для людини.

Дата добавления: 2017-02-01