ДОСЛІДЖЕННЯ АНТИМІКРОБНОЇ АКТИВНОСТІ ПРОБІОТИЧНИХ ШТАМІВ BACILLUS

О. І. Шкромада; Ю. А. Дудченко

doi:10.32845/bsnau.vet.2021.4.6

О. І. Шкромада http://orcid.org/0000-0003-1751-7009
Ю. А. Дудченко http://orcid.org/0000-0001-9243-8621

DOI: https://doi.org/10.32845/bsnau.vet.2021.4.6

Ключові слова: телята, бактеріальний антагонізм, антибіотикорезистентність, B. amyloliquefaciense, B. mucilaginosus, B. coagulans, B. megaterium, B. pumilus

Анотація

Невиправдане та неконтрольоване використання протимікробних препаратів у тваринництві може призвести до збільшення антибіотикорезистентності та вплинути на здоров’я тварин та людей. Дослідження проводились у господарстві з вирощування великої рогатої породи голштин худоби України ТОВ агрофірма «Лан» у період березень-квітень 2021 року. Проводили моніторинг мікроорганізмів у господарстві, визначали їх кількість і видову належність. В якості елективного середовища для Escherichia використовували агар Ендо; визначення Staphуlococcus aureus проводили на агарі Чистовича, визначення грибів та дріжджів – на агарі Сабуро. Застосовували полімеразну ланцюгову реакцію для визначення Mycoplasma spp.. Також визначали антагоністичні властивості пробіотичних штамів Bacillus методом дифузії в агарові лунки. Визначали розмір зони затримки росту у мм навколо різних штамів: Bacillus amyloliquefaciense NR 59, Bacillus mucilaginosus ACH 82, Bacillus coagulans ALM86, Bacillus megaterium NCH 55, Bacillus pumilus LA 56 в розведенні 1×109, КУО/г. В якості контролю використовували диски з антибіотиком цефалексином. В кожну лунку з м'ясо-пептонним агаром з відповідним ізолятом вливали відповідний штам пробіотичного мікроорганізму. Далі проводили інкубацію протягом 24 годин за температури 37 ºС та визначали демаркаційну зону навколо кожної лунки. Визначені основні збудники захворювань молочних телят на фермі: S. agalactiae (23 %), S. aureus (11 %), S. epidermidis (18 %), E. fecalis (10 %), E. coli (12 %), Mycoplasma spp. (7 %), гриби Candida (9 %) та асоційована мікрофлора (10 %). Визначено три пробіотичних штамів мікроорганізмів, до яких проявили найбільшу чутливість мікроорганізми ізольовані у приміщенні телятника. Встановлено, що Bacillus coagulans ALM 86 проявляв антагоністичні властивості більше порівняно з антибіотиком стосовно S. agalactiae – на 18,93 %; Candida – на 29,16 %; S. aureus – на 15,56 %. Штам Bacillus pumilus LA 56 пригонічував більше ніж цефалексин ріст колоній S. epidermidis на 20,49 %; E. coli 28,78 %; Candida – на 7,33 %. B. Megaterium NCH 55 проявляв протимікробні властивості до S. aureus та E. fecalis однакову з антибіотиком цефалексином. В результаті проведених досліджень визначені пробіотики, які можуть стати альтернативою для заміни антибіотиків. Перспективою подальших досліджень у цьому напрямку є визначення механізму дію пробіотиків Bacillus megaterium NCH 55, Bacillus coagulans ALM 86 та Bacillus pumilus LA 56 на патогенні мікроорганізми та визначення терапевтичного ефекту на тварин.

Посилання

1. Bassel, L. L., Co, C., Macdonald, A., Sly, L., McCandless, E. E., Hewson, J., Tiwari, R., Sharif, S., Siracusa, L., Clark, M. E., & Caswell, J. L. (2020). Pulmonary and systemic responses to aerosolized lysate of Staphylococcus aureus and Escherichia coli in calves. BMC veterinary research, 16(1), 168. https://doi.org/10.1186/s12917-020-02383-7
2. Benedictus, L., Ravesloot, L., Poppe, K., Daemen, I., Boerhout, E., van Strijp, J., Broere, F., Rutten, V., Koets, A., & Eisenberg, S. (2019). Immunization of young heifers with staphylococcal immune evasion proteins before natural exposure to Staphylococcus aureus induces a humoral immune response in serum and milk. BMC veterinary research, 15(1), 15. https://doi.org/10.1186/s12917-018-1765-9
3. Calvo-Lorenzo, M. S., Hulbert, L. E., Fowler, A. L., Louie, A., Gershwin, L. J., Pinkerton, K. E., Ballou, M. A., Klasing, K. C., & Mitloehner, F. M. (2016). Wooden hutch space allowance influences male Holstein calf health, performance, daily lying time, and respiratory immunity. Journal of dairy science, 99(6), 4678–4692. https://doi.org/10.3168/jds.2016-10888
4. Cheng, G., Hao, H., Xie, S., Wang, X., Dai, M., Huang, L. and Yuan, Z. (2014) Antibiotic alternatives: the substitution of antibiotics in animal husbandry? Front Microbiol 5, 69– 83. https://doi.org/10.3389/fmicb.2014.00217
5. da Silva Duarte, V., Treu, L., Sartori, C., Dias, R. S., da Silva Paes, I., Vieira, M. S., Santana, G. R., Marcondes, M. I., Giacomini, A., Corich, V., Campanaro, S., da Silva, C. C., & de Paula, S. O. (2020). Milk microbial composition of Brazilian dairy cows entering the dry period and genomic comparison between Staphylococcus aureus strains susceptible to the bacteriophage vB_SauM-UFV_DC4. Scientific reports, 10(1), 5520. https://doi.org/10.1038/s41598-020-62499-6
6. EFSA Panel on Biological Hazards (BIOHAZ), Ricci, A., Allende, A., Bolton, D., Chemaly, M., Davies, R., Fernández Escámez, P. S., Girones, R., Koutsoumanis, K., Lindqvist, R., Nørrung, B., Robertson, L., Ru, G., Sanaa, M., Simmons, M., Skandamis, P., Snary, E., Speybroeck, N., Kuile, B. T., Threlfall, J., … Herman, L. (2017). Risk for the development of Antimicrobial Resistance (AMR) due to feeding of calves with milk containing residues of antibiotics. EFSA journal. European Food Safety Authority, 15(1), e04665. https://doi.org/10.2903/j.efsa.2017.4665
7. Evans, S. E., Scott, B. L., Clement, C. G., Larson, D. T., Kontoyiannis, D., Lewis, R. E., Lasala, P. R., Pawlik, J., Peterson, J. W., Chopra, A. K., Klimpel, G., Bowden, G., Höök, M., Xu, Y., Tuvim, M. J., & Dickey, B. F. (2010). Stimulated innate resistance of lung epithelium protects mice broadly against bacteria and fungi. American journal of respiratory cell and molecular biology, 42(1), 40–50. https://doi.org/10.1165/rcmb.2008-0260OC
8. Garkavenko, TO, Gorbatyuk, OI, Kozytska, TG, Anriashchuk, VO, Garkavenko, VM, Dybkova, SM, Azirkina IM (2021) Methodical recommendations for determining the sensitivity of microorganisms to antibacterial drugs, K .: DNDILVSE, 101.
9. Govender, M., Choonara, Y. E., Kumar, P., du Toit, L. C., van Vuuren, S., & Pillay, V. (2014). A review of the advancements in probiotic delivery: Conventional vs. non-conventional formulations for intestinal flora supplementation. AAPS PharmSciTech, 15(1), 29–43. https://doi.org/10.1208/s12249-013-0027-1
10. Guterbock W. M. (2014). The impact of BRD: the current dairy experience. Animal health research reviews, 15(2), 130–134. https://doi.org/10.1017/S1466252314000140
11. Haldar, L., & Gandhi, D. N. (2016). Effect of oral administration of Bacillus coagulans B37 and Bacillus pumilus B9 strains on fecal coliforms, Lactobacillus and Bacillus spp. in rat animal model. Veterinary world, 9(7), 766–772. https://doi.org/10.14202/vetworld.2016.766-772
12. Hartung, T. (2010). Comparative analysis of the revised Directive 2010/63/EU for the protection of laboratory animals with its predecessor 86/609/EEC – a t4 report. ALTEX, 27(4), 285-303. doi: 10.14573/altex.2010.4.285
13. http://www.vetlabresearch.gov.ua/derzhavni-zakupivli/docs/%D0%90%D0%BD%D1%82%D0%B8%D0%B1%D1%96%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%B7%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%BD%D1%96%D1%81%D1%82%D1%8C.pdf
14. Islam, K. S., Shiraj-Um-Mahmuda, S., & Hazzaz-Bin-Kabir, M. (2016). Antibiotic usage patterns in selected broiler farms of Bangladesh and their public health implications. Journal of Public Health in Developing Countries, 2(3), 276-284 https://www.jphdc.org/index.php/jphdc/article/view/84
15. Izuddin, W. I., Humam, A. M., Loh, T. C., Foo, H. L., & Samsudin, A. A. (2020). Dietary Postbiotic Lactobacillus plantarum Improves Serum and Ruminal Antioxidant Activity and Upregulates Hepatic Antioxidant Enzymes and Ruminal Barrier Function in Post-Weaning Lambs. Antioxidants (Basel, Switzerland), 9(3), 250. https://doi.org/doi.org/10.3390/antiox9030250
16. Köllmann, K., Wente, N., Zhang, Y., & Krömker, V. (2021). Investigations on Transfer of Pathogens between Foster Cows and Calves during the Suckling Period. Animals : an open access journal from MDPI, 11(9), 2738. https://doi.org/10.3390/ani11092738
17. Kong, L., Yang, C., Dong, L., Diao, Q., Si, B., Ma, J., & Tu, Y. (2019). Rumen Fermentation Characteristics in Preand Post-Weaning Calves upon Feeding with Mulberry Leaf Flavonoids and Candida tropicalis Individually or in Combination as a Supplement. Animals : an open access journal from MDPI, 9(11), 990. https://doi.org/10.3390/ani9110990
18. Maier, G. U., Love, W. J., Karle, B. M., Dubrovsky, S. A., Williams, D. R., Champagne, J. D., Anderson, R. J., Rowe, J. D., Lehenbauer, T. W., Van Eenennaam, A. L., & Aly, S. S. (2019). Management factors associated with bovine respiratory disease in preweaned calves on California dairies: The BRD 100 study. Journal of dairy science, 102(8), 7288–7305. https://doi.org/10.3168/jds.2018-14773
19. Manyi-Loh, C., Mamphweli, S., Meyer, E., & Okoh, A. (2018). Antibiotic Use in Agriculture and Its Consequential Resistance in Environmental Sources: Potential Public Health Implications. Molecules (Basel, Switzerland), 23(4), 795. https://doi.org/10.3390/molecules23040795
20. Mao, S., Zhang, R., Wang, D., & Zhu, W. (2012). The diversity of the fecal bacterial community and its relationship with the concentration of volatile fatty acids in the feces during subacute rumen acidosis in dairy cows. BMC veterinary research, 8, 237. https://doi.org/10.1186/1746-6148-8-237
21. Mingmongkolchai, S., & Panbangred, W. (2018). Bacillus probiotics: an alternative to antibiotics for livestock production. Journal of applied microbiology, 124(6), 1334–1346. https://doi.org/10.1111/jam.13690
a. Nguyen, Tu HK., Thu, Le B. (2015). Evaluation of antimicrobial activities of Bacillus megaterium with a thirdgeneration cephalosporin (ceftriaxone). 5 (09):016-020.10.7324/JAPS.2015.50903https://www.japsonline.com/admin/php/uploads/1616_pdf.pdf
22. Ozutsumi, Y., Hayashi, H., Sakamoto, M., Itabashi, H., & Benno, Y. (2005). Culture-independent analysis of fecal microbiota in cattle. Bioscience, biotechnology, and biochemistry, 69(9), 1793–1797. https://doi.org/10.1271/bbb.69.1793
23. Palma-Hidalgo, J. M., Jiménez, E., Popova, M., Morgavi, D. P., Martín-García, A. I., Yáñez-Ruiz, D. R., & Belanche, A. (2021). Inoculation with rumen fluid in early life accelerates the rumen microbial development and favours the weaning process in goats. Animal microbiome, 3(1), 11. https://doi.org/10.1186/s42523-021-00073-9
24. Ruiz, L., Ruas-Madiedo, P., Gueimonde, M., de Los Reyes-Gavilán, C. G., Margolles, A., & Sánchez, B. (2011). How do bifidobacteria counteract environmental challenges? Mechanisms involved and physiological consequences. Genes & nutrition, 6(3), 307–318. https://doi.org/10.1007/s12263-010-0207-5
25. Rybachuk, Z., Shkromada, O., Predko, A., & Dudchenko, Y. (2020). Influence of probiotics “Immunobacterin-D” on biocenoses and development of the gastrointestinal tract of calves. Scientific Messenger of LNU of Veterinary Medicine and Biotechnologies. Series: Veterinary Sciences, 22(98), 22-27. https://doi.org/10.32718/nvlvet9804
26. Shkromada O., Skliar O., Paliy A., Ulko L., Gerun I., Naumenko О., Ishchenko K., Kysterna O., Musiienko O., Paliy A., 2019. Development of measures to improve milk quality and safety during production. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3/11(99), 30-39. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.168762
27. Shkromada, O., Skliar, O., Pikhtirova, A. & Inessa, G. (2019). Pathogens Transmission and Cytological Composition of Cow’s Milk . Acta Veterinaria Eurasia, 45 (3) , 73-79 . https://dergipark.org.tr/tr/pub/actavet/issue/50595/608279
28. Tanih, N. F., Sekwadi, E., Ndip, R. N., & Bessong, P. O. (2015). Detection of pathogenic Escherichia coli and Staphylococcus aureus from cattle and pigs slaughtered in abattoirs in Vhembe District, South Africa. TheScientificWorldJournal, 2015, 195972. https://doi.org/10.1155/2015/195972
29. Wu, H.J., Sun, L.B., Li, C.B., Li, Z.Z., Zhang, Z., Wen, X.B., Hu, Z., Zhang, Y.L. (2014) Enhancement of the immune response and protection against Vibrio parahaemolyticus by indigenous probiotic Bacillus strains in mud crab (Scylla paramamosain). Fish Shellfish Immunol 41, 156– 162. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2014.08.027
30. Yáñez-Ruiz, D. R., Abecia, L., & Newbold, C. J. (2015). Manipulating rumen microbiome and fermentation through interventions during early life: a review. Frontiers in microbiology, 6, 1133. https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.01133