Уникальная микрофлора в рубце северного оленя

Ключевой природной зоной российского северного оленя являются арктические зоны с суровыми климатическими условиями и скудными кормовыми ресурсами, особенно в холодное зимнее время. Выживаемость северных оленей в этих условиях связана не только с генетическим потенциалом самого животного. Микрофлора кишечника также оказывает значительную помощь в адаптации животных к сложным условиям, участвуя в переваривании клетчатки и целлюлозы.

Пищеварение у северного оленя осуществляется специализированными консорциумами микроорганизмов. Т.Е. пробиотической флорой его кишечника. Это пробиотические бактерии, которые вырабатывают жирные кислоты (VFA), а те в свою очередь поглощаются организмом хозяина. Этот процесс создаёт дополнительный источник белков и углеводов, что может влиять на метаболизм животного, улучшая его.

Способность переваривать растительные волокна (включая целлюлозу, гемицеллюлозу и ксиланы), обусловлена эволюционно развитым симбиозом с микрофлорой рубца, что является уникальной метаболической особенностью жвачных животных и северного оленя в частности.

Лишайники и эмбриофиты потребляемые северными оленями, могут содержать значительное количество микотоксинов. В то время как анаэробные микроорганизмы рубца у северных оленей помогают эффективно выводить токсины из организма этих животных.

Исследования показывают, что популяция симбиотических бактерий, которые находятся в рубце Северного оленя, увеличивается в зимние периоды. Это связано с тем, что оленям приходится потреблять менее питательную пищу зимой. Как уже было сказано, кишечная флора Северного оленя играет ключевую роль в метаболизме этого животного, помогая оленям выживать в суровых условиях Арктики.

Совсем недавно учёные начали изучать микробиоту в рубце Северных оленей. Так, эксперименты показали, что плотность зимней популяции бактерий была на удивление высокой, а процент бактерий, переваривающих целлюлозу, увеличился с 15% летом до 35% зимой.Процент бактерий, использующих гемицеллюлозу, составлял 30% и 58% от жизнеспособной популяции бактерий летом и зимой соответственно. Это обусловлено той тяжёлой пищей, которую Северные олени могут добыть зимой, разбивая наст копытами.

Доминирующей целлюлозолитической бактерией в рубце была Butyrivibrio fibrisolvens, которая составляла 10% жизнеспособной популяции бактерий рубца летом и 18% зимой. Если вы внимательно прочитали название этих бактерий на латыни, то могли уже догадаться, что они продуцируют в кишечнике бутират.

Бутират – это короткоцепочечная жирная кислота, вырабатываемая бактериальной ферментацией клетчатки в толстой кишке и обладающая опухолесупрессивными свойствами в клеточных линиях CRC. Исследования доказывают, что это не что иное, как бактериальный, подавляющий опухоль метаболит. Да, вы не ослышались, эти бактерии ингибируют онкогенез.

Доминирующей целлюлозолитической бактерией слепой кишки летом была B. fibrisolvens, а зимой – Ruminococcus albus. Эти виды составляли 7% и 5% от плотности жизнеспособной бактериальной популяции в каждом сезоне, соответственно

(Mathiesen et al. y unpublished data).

Руминококки(Ruminococcus) — род грамположительных неподвижных анаэробных аспорогенных бактерий. Руминококки расщепляют целлюлозу (с образованием метана). В процессе жизнедеятельности руминококки синтезируютгем(группы белков). Организму требуется гем для производства элементов крови.

Таким образом, растительная пища, попадающая в слепую кишку, подвергается интенсивной микробиологическойферментации. У северного оленя четко прослеживаются сезонные изменения в микрофлоре как рубца, так и слепой кишки. Адаптация этих микробных популяций помогает максимально эффективно использовать полученную пищу. Питательность которой зависит от сезона.

Оптимальное использование корма в зимнее время имеет решающее значение для выживания оленей, и метаболические возможности микробиома рубца играют центральную роль. Именно благодаря микрофлоре северные олени способны питаться лишайниками и использовать их в качестве важного источника энергии и питательных веществ.

В процессе метаболизма в лишайниках образуется усниновая кислота.

Усниновая кислота – вторичный метаболит лишайников. Название происходит от названия рода лишайниковUsnea(Лесная борода)

В лишайниках также встречаются антраноровая, фумарпротоцетраровая и лобариновая кислоты.

По мнению учёных, анаэробные микроорганизмы, присутствующие в рубце оленя, в частности Eubacterium rangiferina, обеспечивают процессы детоксикации усниновой кислоты и других вторичных метаболитов, продуцируемых лишайниками родов Cladonia, Usnea, Lecanora, Ramalina, Evernia, Parmelia, Alectoria.

Это первый случай, когда бактерия из рубца способна переносить усниновую кислоту и расти в присутствии усниновой кислоты, что указывает на то, что микроорганизмы рубца этих животных адаптировали механизмы для борьбы со вторичными метаболитами лишайников, которые хорошо известны своими антимикробными и токсическими действиями.

На сегодняшний день микробиоценоз рубца северного оленя наименее изучен среди жвачных, хотя его анализ представляет значительный интерес в связи с оценкой адаптационно-физиологических и анатомических приспособлений организма к неблагоприятным условиям ареала и условиям питания этого вида.

Считается, что благодаря особенностям микробного сообществарубца северных оленей потребление значительного количества лишайников в зимний период (до 70 % в общем составе рациона) не оказывает токсического действия на северных оленей (в отличие от лосей или овец).

Здоровая кишечная микрофлора улучшает барьерную функцию кишечника. Поддержание эубиоза или оптимального состава микробиоты является ключом к предотвращению событий, которые могут инициировать рак. И, пока учёные не разработали более специфические антибиотики узкого диапазона, которые селективно воздействуют на патогены или патобионты, сохраняя при этом эубиоз, кишечная микрофлора нуждается в систематической поддержке.