Микробный состав компонентов яиц и его связь с выводимостью кур-несушек (аннотация)
#микробиота куриных яиц #куриные яйца
Яйцо - это биологическая система, призванная обеспечить здоровье эмбриона и позволить ему успешно вылупиться в цыпленка.
Яйца домашней птицы как ключевая часть рациона питания человека потребляются во всем мире. Потребителей все больше волнует качество яиц, которое связано с безопасностью продуктов питания. С одной стороны, яйца могут быть средством передачи патогенов, вызывающих заболевания пищевого происхождения, таких как Salmonella и Escherichia coli. С другой стороны, яйца также могут служить связующим звеном для распространения микробиоты от курицы к цыплятам.
Во время инкубации яйца обеспечивают питательные вещества и другие необходимые условия для роста и развития эмбриона. Однако не каждый эмбрион успешно развивается в цыпленка. Факторы, влияющие на рост эмбриона, включают в себя влияние матери (порода, возраст и состояние питания матери), качество спермы петуха, условия инкубации (такие как температура, влажность, свет и вентиляция) и качество яиц (включая вес яйца, толщину скорлупы, пористость и индекс формы). В производстве часто наблюдаются большие различия в выводимости среди цыплят, даже если куры были одной породы, одного возраста, выращены в одинаковых условиях и если их фертильные яйца имеют сходное качество. Поэтому необходимо учитывать влияние внутренних составляющих яйца на выводимость.
Рост и развитие куриных эмбрионов зависят от незаменимых аминокислот, липидов, углеводов и минералов, хранящихся в яйцах. Яичный желток является основным источником питательных веществ для роста эмбриона и влияет на жизнеспособность эмбриона. Белок яйца в основном играет роль в сопротивлении бактериальному вторжению и обеспечивает эмбрион питательными веществами, которые необходимы для начала развития эмбриона. Несколько исследований подтвердили, что определенные функциональные белки в яйцах могут влиять на выводимость. Другие исследования на млекопитающих показали, что микробиота из различных участков матери во время беременности может потенциально влиять на здоровье и пассивный иммунитет потомства. Плацентарная микробиота влияет на исходы беременности и играет пока неизвестную роль в раннем эмбриональном развитии.
Изначально яичный белок считался стерильным. Однако недавнее исследование обнаружило микроорганизмы внутри яичного белка. Наличие микроорганизмов также было подтверждено в яичных желтках. Яйца формируются в репродуктивном тракте матери, а эмбрион в яйце растет и развивается в цыпленка после 21 дня инкубации. Предыдущие исследования подтвердили наличие микроорганизмов в материнском репродуктивном тракте и пищеварительном тракте 1-дневных цыплят. Несколько исследований показали, что микробы кишечника и фекалий кур связаны как с формированием яиц, так и с фертильностью. Это позволяет предположить, что микроорганизмы могут оказывать влияние на репродуктивные признаки или на яйца кур. Хотя стало ясно, что желток и белок яйца не являются стерильными, микробный состав желтка и белка в свежих и инкубационных яйцах, а также их влияние на выводимость остаются неизвестными.
Поэтому в данном исследовании мы провели секвенирование гена 16S рРНК в 144 образцах яичного белка и желтка, чтобы охарактеризовать микробный состав свежих и инкубированных яиц. Кроме того, мы сравнили различия между яичными белками и желтками и проанализировали изменения в микробном составе по мере инкубации яиц. Далее мы определили микроорганизмы, связанные с ростом эмбриона, которые были по-разному представлены в группах с высокой и низкой выводимостью. Результаты этого исследования расширят наше понимание микробного состава яиц и позволят получить дополнительные сведения о развитии эмбриона.
Для исследования мы выбрали яйца в двух состояниях: свежие яйца и яйца, которые инкубировались в течение 12 дней. Наше исследование показало, что желток и белок яиц не свободны от микроорганизмов, что согласуется с утверждением о том, что яйца не формируются в стерильной среде. Ранее мы охарактеризовали микробиоту кишечника 1-дневных цыплят, поэтому одной из целей данного исследования было восполнить пробел между исследованиями микробиоты у кур и цыплят. Чтобы уменьшить влияние контаминантов из окружающей среды было проведено множество мероприятий. Поверхность яиц была стерилизована. Инкубатор и соответствующее помещение были заранее продезинфицированы для обеспечения стерильной среды, экспериментальные материалы, включая пробирки и наконечники микропипеток, также были продезинфицированы. Кроме того, все операции, такие как взятие яичного белка и выделение ДНК, проводились в стерильном вытяжном шкафу. Кроме того, согласно нашим результатам, мы в основном сосредоточились на микроорганизмах с относительно высокой численностью, следы микроорганизмов окружающей среды не могли повлиять на результаты.
Мы охарактеризовали микробиоту желтков и белков яиц кур. Как и ожидалось, количество вариантов последовательностей ампликонов в желтках было больше, чем в белках яиц, что подтверждает данные о том, что белки яиц обладают антимикробными свойствами, включая препятствующее влияние овомуцина на передвижение микроорганизмов и ингибирование микроорганизмов функциональными белками и щелочной средой в белках яиц. По сравнению с яичным желтком яичный белок содержит менее разнообразное микробное сообщество.
Аналогично, магнум, место формирования яичного белка, также имеет очень низкое микробное разнообразие из-за секреции лизоцима и других антимикробных белков. Можно предположить, что во время формирования яичного белка часть микробиоты курицы и антимикробных веществ переносится в яичный белок. Некоторые исследования показали, что микробное разнообразие может меняться на разных участках яйцевода.
Исследования показали, что по мере развития куриного эмбриона количество микроорганизмов кишечника увеличивается, что согласуется с изменениями микроорганизмов яичного желтка в нашем исследовании. С точки зрения микробного состава, наш анализ показал, что более 80% микробиоты составляли представители филумов Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria и Bacteroidetes, причем Proteobacteria были самыми многочисленными в каждой группе, что повторяет предыдущие исследования эмбрионального кишечника.
Большинство выявленных микроорганизмов являлись факультативными анаэробами благодаря наличию кислорода в яйцах. Поглощая кислород, изменяя pH и снижая окислительно-восстановительный потенциал, факультативные бактерии, такие как некоторые виды Proteobacteria, создают благоприятные условия для колонизации анаэробных бактерий. Потребление кислорода аэробными бактериями создает анаэробную среду, которая способствует росту и колонизации анаэробных бактерий в кишечном тракте цыплят. Имеются данные о том, что кишечник цыплят сначала колонизируется факультативными анаэробными бактериями, а затем заменяется анаэробными бактериями.
Альфа-разнообразие яичного белка уменьшалось на протяжении всей инкубации, что привело к более однообразному микробному составу. Яичный белок содержит различные антимикробные соединения, а внешняя и внутренняя мембраны яичной скорлупы содержат следы антибактериальных молекул, которые подавляют рост и миграцию бактерий. Напротив, в желтках яиц наблюдалось незначительное увеличение микробного богатства на все протяжении инкубирования. В яичном белке также было обнаружено 423 вида, относительное обилие которых уменьшалось по мере инкубации, в то же время относительное обилие этих видов в желтке увеличивалось. Можно сделать вывод, что миграция микробиоты из яичного белка в желток обеспечивает бактериям доступ к пулу питательных веществ. Следовательно, при соответствующей температуре во время инкубации наблюдался быстрый рост. Это может привести к увеличению микробного разнообразия в яичном желтке после 12 дней инкубации.
Чтобы установить разницу в микробном составе между желтком и белком, мы провели одновременный дифференциальный анализ микроорганизмов на всех таксономических уровнях. В филуме Actinobacteria наиболее распространенным родом был Rhodococcus. Rhodococcus является не только источником полезных ферментов, но и обладает разнообразными метаболическими возможностями, включая расщепление токсичных химических веществ, поглощение и производство применимых соединений. Бактероиды были более многочисленны в яичном желтке, чем в белке. Бактероиды хорошо известны своей ролью в расщеплении биополимеров и углеводов, особенно полисахаридов, в организме млекопитающих. Для выживания микробиоты необходимы питательные вещества из желтка яйца, но оставшиеся питательные вещества истощаются по мере инкубации, что приводит к снижению численности микробов, таких как Bacteroidetes. На поздних стадиях инкубации род Pseudomonas и соответствующий ему филум Proteobacteria имели более высокую относительную численность.
Таким образом, в настоящем исследовании проведено секвенирование гена 16S рРНК микробиоты яичных белков и желтков и продемонстрированы состав и различия в численности микроорганизмов в яичных желтках и белках, а также влияние инкубации на микробное сообщество. Микробное разнообразие в яичном белке было ниже, чем в желтке, а микробный состав яичного белка был более однородным после 12 дней инкубации. Rothia и Muribaculaceae были родами, которые играли важную роль в скорости вылупления. Эти наблюдения могут пролить новый свет на микробный состав яиц и поиск факторов, связанных с вылуплением. Это также служит связующим звеном между материнскими, эмбриональными и микробными исследованиями цыплят.
