Анализ данных о кишечных бактериях поросят выявил закономерности на ключевых стадиях роста

Комбинированный анализ результатов 14 исследований со всего мира выявил общие закономерности в том, как микробиом (кишечные бактерии) поросят меняется со временем.

"Есть исключения, но в целом мы обнаружили общие тенденции для всех животных", — сказал Тим Джонсон, доцент Колледжа сельского хозяйства Университета Пердью. "Мы считаем, что эти закономерности широко применимы, потому что наш набор данных поступил из нескольких исследований по всему миру, и когда мы проверили прогнозы на независимых наборах данных, закономерности сохранились".

Джонсон и три соавтора опубликовали свой анализ в журнале Microbiology Spectrum. Хотя подобные исследования довольно распространены в области изучения микробиома человека, относительно немногие были сосредоточены на микробиомах животных. "Мы пытаемся подтянуть животную сторону до уровня человеческой", — отметил Джонсон.

Исследование проводится в условиях, когда свиноводческая отрасль с оборотом $54 млрд работает под давлением, стремясь создать качественный, экономически важный, питательный продукт, одновременно снижая воздействие на окружающую среду и используя меньше антибиотиков для поддержания здоровья животных.

"Есть надежда, что, контролируя микробиом, мы сможем добиться некоторых успехов в производстве и снижении воздействия на окружающую среду", — сказал он. "Эта область только начинается. Такое исследование закладывает много фундаментальной работы, которой до этого момента не хватало".

Анализ включил данные исследований, опубликованных в период с 2019 по 2021 год и проведенных в Австралии, Канаде, Китае, Нидерландах, Норвегии и США. Данные охватывали более 3300 образцов фекальных микробных сообществ, взятых примерно у 350 свиней в 60 временных точках — от рождения до рыночного возраста.

Соавтор Николь Рикер из Онтарийского ветеринарного колледжа Университета Гвельфа (Канада) была соавтором одного из исследований, включенных в анализ, опубликованного в 2020 году в Frontiers in Veterinary Science. Рикер, доцент кафедры патобиологии, выделила два ключевых вывода, которые закладывают основу для будущих исследований.

"Во-первых, общая траектория развития микробиома в ходе развития поросенка предсказуема и может быть эффективно смоделирована, несмотря на методологические различия в рассмотренных исследованиях", — сказала Рикер. Животные в исследованиях состояли из различных пород с разной генетикой и питались разными рационами.

Во-вторых, исследование выявило важные детали микробиома поросенка в мелком временном масштабе. "Это открывает разнообразие исследовательских путей для понимания того, как на развитие микробиома поросенка влияют различные стратегии управления, включая кормовые добавки, время отъема и использование антибиотиков", — отметила она.

Одной из целей исследования было предсказать возраст животных на основе их микробиомов. Исследователи смогли сделать это с точностью около 70%. Есть свидетельства, что более зрелое микробное сообщество становится стабильным быстрее. Это может затем привести к более стабильным условиям роста для животного.

"Это важно, потому что микробное сообщество играет важную роль в формировании иммунной системы животных, их здоровья, того, насколько хорошо они переваривают корм и как быстро растут", — пояснил Джонсон.

Исследователи обнаружили, что бактериальное сообщество у поросят действительно менялось со временем, но скорость изменений замедлялась. "Самое удивительное для меня — мы смогли обнаружить, что конкретные бактерии, важные для сукцессии или зрелости сообщества, были схожими во всех различных местах проведения исследований", — сказал он.

Новый анализ также подчеркнул ценность более частого отбора проб микробиома. Многие исследования брали пробы раз в неделю. Другие давали лечение в течение нескольких недель, а затем брали пробу в конце, чтобы увидеть, что произошло.

С набором данных, собранным Джонсоном и его коллегами, исследователи могут сравнивать, как методы лечения влияют на нормальных животных. Хотя предыдущие исследования также делали это, они опирались на единичные наборы данных, сравнивавшие обработанных и необработанных животных.

"В отдельном исследовании контрольные животные могут фактически не представлять глобальное среднее значение нормальной микробиоты. Контрольная группа может отклоняться от более глобального среднего", — сказал Джонсон. Объединенный набор данных позволяет исследователям сравнивать глобальное среднее значение с локальными исследованиями.

Глобальный средний размер и разнообразие популяций кишечных бактерий менялись по колебательной модели, которая демонстрировала общее увеличение разнообразия со временем. Отбор проб у группы лечения во время большого колебания в популяции микробиоты может дать вводящие в заблуждение результаты.

"Возможно, разница, которую вы видите между микробиомами группы лечения, происходит во время одного из этих временных изменений, а не отражает общую тенденцию", — предупредил Джонсон. "Мы хотим поощрять людей брать пробы в нескольких временных точках, чтобы убедиться, что вы находитесь на общей тенденции, а не на каком-то временном колебании".

Ведущий автор Вэньсюань Дун — недавний выпускник магистратуры лаборатории Джонсона, а Девин Холман из Министерства сельского хозяйства и продовольствия Канады также внес свой вклад в это исследование.