Резюме

Въведение

Антибиотиците са широко използвани за профилактика на диария и подобряване на растежа на добитъка. Въпреки това неблагоприятните ефекти на антибиотиците, като остатъци в месни продукти и появата на устойчиви на антибиотици бактерии (van den Bogaard и Stobberingh 2000), привлякоха широко внимание. По този начин в някои страни е забранено използването на антибиотици като добавки във фуражите за животни (Casewell et al. 2003). През последните години употребата на антибиотици в храните за животни постепенно намалява в Китай, но все още понякога се предлага в храната за животни. Следователно е от голямо значение да се намерят алтернативи на антибиотиците във фуражите за животни, за да се насърчи развитието на животновъдната индустрия.

Пробиотичните фуражни добавки са предложени като алтернативи на антибиотиците поради положителното им въздействие върху гостоприемниците (Liu et al. 2014; Abhisingha et al. 2017; Yu et al. 2017). Enterococcus faecium е широко използван като пробиотична добавка във фуражите. Предишни проучвания показват благоприятен ефект на пробиотика Д. фаеций относно диарията, ефективността на растежа и състава на микробиотата (Zeyner and Boldt 2006; Bednorz et al. 2013; Wang et al. 2016; Lan and Kim 2017), което предполага, че антибиотиците могат да бъдат заменени от Д. фаеций. Някои изследвания обаче показват това Д. фаеций лечението няма ефект върху наддаването на телесно тегло (Busing и Zeyner 2015), приема на фураж или ефективността на храненето при прасенца (Taras et al. 2006). По този начин ефектите от Д. фаеций относно ефективността на растежа при прасенцата остават силно противоречиви. По този начин са необходими допълнителни проучвания за изясняване на механизмите в ефекта на Д. фаеций.

През последните години ролите на чревната микробиота бяха подробно изследвани и разкрити (Kahrstrom et al. 2016; Sonnenburg and Backhed 2016). Симптомите на метаболитен синдром на гостоприемниците, като затлъстяване, са тясно свързани с дисбиоза на чревната микробиота (Sen et al. 2017). Чревната микробиота оказва голямо влияние върху здравето на прасенцата; например производството на аминокиселини, ферментацията на въглехидрати, поддържането на целостта на чревните вили и защитата от патогенни бактерии (Gresse et al. 2017). Намаляването на населението на Лактобацилус род и увеличаването на популацията на Enterococcus и Ешерихия коли са наблюдавани при ранните отбиващи прасенца (Wei et al. 2017). Освен това, промени в структурата на микробната общност се наблюдават при прасенца с чревни разстройства, като диария (Li et al. 2014). Очевидно чревната микробиота е важен фактор, който влияе върху растежа на прасенцата. Съставът на микробиотата в стомашно-чревния тракт варира между прасенца, хранени с диета, допълнена с антибиотици, и тези, хранени с диета без антибиотици (Mu et al. 2017), което показва, че предизвиканите от антибиотици промени в чревната микробиота могат да доведат до промените в растежа на прасенца (Andreas et al. 2016).

Въпреки че някои изследвания са фокусирани върху ролята на антибиотиците и Д. фаеций в растежа на прасенца (Wang et al. 2013, 2016; Lan и Kim 2017), все още има малко информация за ефектите от диета с намалени антибиотици и Д. фаеций добавки за растежа и фекалната бактериална общностна структура на животните. Ранно отбити прасенца са изложени на няколко стресови фактора, които карат микробиотата на червата драстично да се променят и увеличават диарията без лечение с антибиотици (Vondruskova et al. 2010; Li et al. 2017). Следователно, това проучване се провежда за оценка на ефектите на антибиотиците и Д. фаеций относно ефективността на растежа и чревната микробиота при отбити прасенца.

Материали и методи

Животни и експериментални лечения

Експерименталният дизайн и процедура, представени в това проучване, се разглеждат и одобряват от Комитета за грижи и употреба на животните на Южнокитайския земеделски университет.

364 отбити прасенца (Duroc × Landrace × Large White) с първоначално телесно тегло 7,03 ± 0,03 kg бяха разпределени на случаен принцип за четири обработки със седем кошари и всяка кочина съдържа 13 отбити прасенца. Прасенцата се хранят с вода и диета на основата на царевично и соево брашно (Таблица 1) ad libitum чрез поилка за зърна и хранилка. Прасенцата в контролната група бяха хранени с основна диета, съдържаща 75 mg/kg ауреомицин (група Диета 1), а тези в трите експериментални групи бяха хранени с основна диета със следните добавки: 50 mg/kg ауреомицин (група Диета 2 ), 50 mg/kg ауреомицин + 9 × 105 CFU/g Д. фаеций (Диета 3 група), или 50 mg/kg ауреомицин + 1,2 × 106 CFU/g Д. фаеций (Диета 4 група). Д. фаеций (Китайски център за събиране на типови култури, Ухан, Китай, CCTCC № M2011031, 3 × 10 9 CFU/g) е предоставен от Huada-real Technology Co., Ltd. (Ухан, Китай). Експериментът се провежда в продължение на 14 дни.

Вземане на проби и измервания

Първоначалното телесно тегло и крайното телесно тегло на прасенцата са измерени на възраст 21 дни (експериментален ден 1) и 35 дни (експериментален ден 14), за да се изчисли средното дневно наддаване на тегло. Количествата предлагани и отказани фуражи се записват всеки ден, за да се потвърди индивидуалният дневен прием на фураж, а ефективността на фуража се изчислява чрез съотношението наддаване на тегло/прием на фураж въз основа на данните за приема на фураж и телесно тегло. Честотата на диария се изчислява съгласно следната формула (Hu et al. 2017): A/ (Б. × ° С), където A е броят на прасенца с диария в кошарата, Б. е общият брой прасенца в кошарата, и ° С е броят на експерименталните дни.

ДНК екстракция и 16SrRNA генно секвениране

Биоинформатичен анализ

Анализът на биоинформатиката ще бъде извършен въз основа на данните за последователността. Суровите данни бяха анализирани от QIIME (http://qiime.org/) (Caporaso et al. 2010) и FLASH (v1.2.11) (Magoc and Salzberg 2011) и бяха филтрирани, за да се премахнат адаптерите и нискокачествените четения на получаване на чисти четения и след това припокриващи се сдвоени четения бяха обединени, за да се създадат тагове. Етикетите бяха групирани в оперативни таксономични единици (OTU) с прилика на последователност от 97%, използвайки USEARCH (v7.0.1090) (Edgar 2013). Представителни OTU последователности бяха класифицирани таксономично от класификатора на проекта за рибозомна база данни (RDP), обучен в референтната база данни Greengene (V201305) (DeSantis et al. 2006). И накрая, алфа разнообразието беше анализирано въз основа на OTU. Графиките за анализ на основните компоненти (PCA) на метриките за различия също бяха визуализирани с помощта на R (v3.0.3). Всички сурови последователности бяха изпратени в архива за четене на последователността на NCBI с номер на присъединяване SAMN10234820-SAMN10234874.

Статистически анализ

Ефективността на растежа, наблюдаваните OTU и алфа разнообразието бяха статистически анализирани чрез еднократна ANOVA с еднократно измерване, използвайки SPSS 17.0 (SPPS Inc., Чикаго, IL, САЩ). Тестът на Дънкан с множество обхвати и многовариантният дисперсионен анализ, извършен в случая на теста за сферичност на Мокли P > 0,05 и P

Резултати

Ефективност на растежа

Както е показано в таблица 2, в сравнение с групите Диета 1 и Диета 3, крайното телесно тегло в групата Диета 2 се е увеличило (P = 0,05) съответно с 4,13% и 3,51%, а средният дневен прираст в групата на Диета 2 се увеличава (P ˂ 0,05) съответно с 14,26% и 11,82%. Низходящи тенденции (P = 0,08) са наблюдавани при смъртност в групи 3 и 4 в сравнение с тази в група 1.

Разнообразие от фекални бактериални съобщества

Качествен контрол и отстраняване на химера, 5 769 672 висококачествени последователности са получени от всички фекални проби след филтриране (Таблица 3), със средно 1 442 418 последователности на група и 80 134 на проба. Общо са генерирани 1852 OTU. Фекалната бактериална общност на 14-ия ден в групата с диета 3 имаше по-малко OTU (P 0,05) от тези в другите групи (фиг. 1В).

добавки

Както е посочено в таблица 4, нарастването на стойностите на индексите Sobs, Chao1, ACE и Shannon и намаляване на стойността на индекса на Simpson са наблюдавани на интервали от 1 до 14 ден. На 14 ден Sobs, Chao1, ACE и Shannon стойностите на индекса в групата с диета 2 са по-високи от тези в останалите групи (фиг. 2A-D). Групата Диета 3 изложи по-ниско (P 0,05). PCA показа, че пробите са групирани заедно през няколко експериментални дни (фиг. 3). Кривата на разреждане на всички проби е достигнала стабилна стойност (Допълнителен файл 1: Фигура S1).

Разпръскване от PCA на OTU във всяка фекална проба. A, B, C и D означават фекални проби, съответно в диета 1, 2, 3 и 4 група. Т1, Т2 и Т3 представляват фекални проби, събрани съответно на ден 1, ден 7 и ден 14

Структура на фекалната бактериална общност

На ниво филум, изобилието от седем тила е ≥ 0,5%: Бактероидети, Euryarchaeota, Фиксира, Фузобактерии, Протеобактерии, спирохети, и Synergistetes. Между тях, Bacteroidetes, Firmicutes, Spirochaetes, и Протеобактерии са били доминиращата фила, представляваща повече от 95% от общата фекална бактериална общност (фиг. 4). Изобилието на Бактероидети беше увеличен, докато този на Протеобактерии е намалена от ден 1 на 7 и остава стабилна от ден 7 на 14 (Фиг. 4). На 1 ден изобилието от Bacteroidetes, Euryarchaeota, Spirochaetes и Planctomycetes са били по-високи в групата с диета 1, отколкото в групата с диета 2 (фиг. 4), а групата с диета 3 е била по-висока (P Фиг. 4

Разпределение на структурата на бактериалната общност на ниво тип в различни фази. Относителните изобилия, по-ниски от 0,01%, не са показани. 1 ден, 7 дни и 14 дни представляват експериментални дни 1, 7 и 14, съответно. Относителното изобилие на ниво тип е статистически анализирано чрез непараметрични тестове на Kruskal – Wallis

Бактериалните родове, класирали топ 50, са показани на фиг. 6. По-голямо изобилие от Актинобацили, Бактероиди, Бутирисимонас, Билофила, Ешерихия, Fusobacterium, Odoribacter, и Pyramidobacter и по-ниско изобилие от Анаероплазма, Анаеровибрио, Булеидия, Butyricicoccus, Копрокок, Fibrobacter, Лакноспира, Орибактериум, Roseburia, Succinivibrio, и YRC22 са открити на 1-ви ден, отколкото тези на 7-и и 14-и. Диета 2 показва най-голямо количество Лактобацилус и Трепонема, и най-ниското изобилие от Превотела (Фиг. 6). На 7 ден най-високият (P Фиг. 6

Таксономичен състав на ниво род на бактериалните съобщества на изпражненията при отбити свине в различни фази. Фекалиите с най-високо и най-ниско ниво на бактерии са показани съответно в зелено и червено. Изброени са бактериални родове, които класират първите 50. 1 ден, 7 дни и 14 дни представляват експериментални дни 1, 7 и 14, съответно

Дискусия

На ниво род е установено, че таксоните принадлежат към Фиксира, включително Анаеровибрио, Копрокок, Осцилоспира, Phascolarctobacterium, и 02d06 показаха значителни разлики в изобилието между четирите групи. Фиксира играят важна роля за разграждането на нишестето и фибрите (Kim et al. 2011) и увеличеното изобилие от Фиксира се свързва със затлъстяването и енергийния прием на гостоприемници от храната при хората (Turnbaugh et al. 2006; Schwiertz et al. 2010). Освен това е показано, че повишеното човешко телесно тегло е свързано със състава на микробиота в червата, характеризиращ се с повишени нива на Фиксира (Riva et al. 2017). Тук изобилието от Фиксира е бил по-висок в групата с диета 2, отколкото в групата с диета 1 на ден 14. В заключение, резултатите и констатациите от настоящото проучване показват, че намаляването на ефективността на растежа, предизвикано от лечение с антибиотици и 9 × 105 CFU/g Д. фаеций е свързано с промени в чревната микробиота.

В заключение, резултатите от настоящото проучване показват, че ефективността на растежа при отбити прасенца в групата с диета 4 не се различава от групата с диета 1 и 2, докато растежът е намален в групата с диета 3 в сравнение с групата с диета 2. Взети заедно, се стига до заключението, че хранителните добавки с 1,2 × 10 6 CFU/g Д. фаеций вместо частично ауреомицин не влияе върху ефективността на растежа, но променя разнообразието на чревната микробиота при отбити прасенца.