veterinaryВетеринария сегодняVeterinary Science Today2304-196X2658-6959"Veinard"10.29326/2304-196X-2024-13-4-373-381veterinary-872Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ | ВЕТЕРИНАРНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯORIGINAL ARTICLES | VETERINARY MICROBIOLOGYМетагеномный анализ биоразнообразия микробиома кишечника птицы до и после медикаментозной нагрузки антибиотикомMetagenomic analysis of gut microbiota diversity in poultry before and after antibiotic administrationhttps://orcid.org/0000-0001-8924-2273ПрасоловаО. В.PrasolovaO. V.

Прасолова Ольга Владимировна, канд. вет. наук, ведущий научный  сотрудник  отдела  молекулярной  биологии 

Звенигородское шоссе, 5, г. Москва, 123022

Olga V. Prasolova, Cand. Sci. (Veterinary Medicine), Leading Researcher, Department of Molecular Biology

5 Zvenigorodskoye shosse, Moscow 123022, Russia

o.prasolova@vgnki.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4695-1077МаликН. И.MalikN. I.

Малик Нина Ивановна, д-р биол. наук, профессор, главный научный сотрудник отдела научного планирования и НИР

Звенигородское шоссе, 5, г. Москва, 123022

 

Nina I. Malik, Dr. Sci. (Biology), Professor, Chief Researcher, Department of Scientific Planning

5 Zvenigorodskoye shosse, Moscow 123022, Russia

nimalik@vgnki.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0275-0465ТимофееваИ. А.TimofeevaI. A.

Тимофеева Ирина Александровна, научный сотрудник отдела молекулярной биологии

Звенигородское шоссе, 5, г. Москва, 123022

Irina A. Timofeeva, Researcher, Department of Molecular Biology

5 Zvenigorodskoye shosse, Moscow 123022, Russia

i.timofeeva@vgnki.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1666-3058КирсановаН. А.KirsanovaN. A.

Кирсанова Наталья Александровна, научный сотрудник отдела молекулярной биологии

Звенигородское шоссе, 5, г. Москва, 123022

Natalya A. Kirsanova, Researcher, Department of Molecular Biology

5 Zvenigorodskoye shosse, Moscow 123022, Russia

n.kirsanova@vgnki.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0080-0158КрыловаЕ. В.KrylovaE. V.

Крылова Екатерина Викторовна, канд. биол. наук, ведущий научный  сотрудник  отдела  молекулярной  биологии

Звенигородское шоссе, 5, г. Москва, 123022

Ekaterina V. Krylova, Cand. Sci. (Biology), Leading Researcher, Department of Molecular Biology

5 Zvenigorodskoye shosse, Moscow 123022, Russia

e.krylova@vgnki.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7836-3010МаликЕ. В.MalikE. V.

Малик Евгений Васильевич, канд. вет. наук, ведущий научный сотрудник отдела научного планирования и НИР

Звенигородское шоссе, 5, г. Москва, 123022

Evgeny V. Malik, Cand. Sci. (Veterinary Medicine), Leading Researcher, Department of Scientifi Planning

5 Zvenigorodskoye shosse, Moscow 123022, Russia

evmalik@vgnki.ruhttps://orcid.org/0009-0008-3388-2990РусановИ. А.RusanovI. A.

Русанов Иван Анатольевич, старший научный сотрудник научно-технологической  лаборатории

Звенигородское шоссе, 5, г. Москва, 123022

Ivan A. Rusanov, Senior Researcher, Scientific and Technological Laboratory

5 Zvenigorodskoye shosse, Moscow 123022, Russia

rusanov@vgnki.ruhttps://orcid.org/0009-0000-8358-0618ЧупахинаН. А.ChupakhinaN. A.

Чупахина Наталия Александровна, канд. биол. наук, ведущий  научный  сотрудник  отдела  бактериологии

Звенигородское шоссе, 5, г. Москва, 123022

Nataliya A. Chupakhina, Cand. Sci. (Biology), Leading Researcher, Department of Bacteriology

5 Zvenigorodskoye shosse, Moscow 123022, Russia

n.chupahina@vgnki.ruФГБУ «Всероссийский государственный Центр качества и стандартизации лекарственных средств для животных и кормов»РоссияThe All-Russian State Center for Quality and Standardization of Veterinary Drugs and FeedRussian Federation202414122024134373381Copyright © Прасолова О.В., Малик Н.И., Тимофеева И.А., Кирсанова Н.А., Крылова Е.В., Малик Е.В., Русанов И.А., Чупахина Н.А., 20242024Прасолова О.В., Малик Н.И., Тимофеева И.А., Кирсанова Н.А., Крылова Е.В., Малик Е.В., Русанов И.А., Чупахина Н.А.Prasolova O.V., Malik N.I., Timofeeva I.A., Kirsanova N.A., Krylova E.V., Malik E.V., Rusanov I.A., Chupakhina N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://veterinary.arriah.ru/jour/article/view/872

Биологическое разнообразие кишечной микробиоты представляет собой важный экологический ресурс, который играет ключевую роль в поддержании гомеостаза организма хозяина. Исключительно важное значение имеет сохранение существующего биоразнообразия кишечной микробиоты, которое обеспечивает ее устойчивость к негативному действию абиотических факторов, а исследование роли антибиотиков в нарушении биоразнообразия микробиомов является фундаментальной основой не только для выявления аспектов возникновения микробиом-ассоциированных болезней птицы, но и освоения методов управления микробиомами. В данном исследовании представлена характеристика биоразнообразия микробиома кишечника птицы дои после медикаментозной нагрузки антибиотиком на основе биоинформатического анализа секвенирования гена 16S рРНК. Наибольшее количество прочтений в микробиоме цыплят в период выпаивания антибиотика и после его отмены составляли типы Firmicutes и Bacteroidota. Значительное увеличение Patescibacteria было отмечено на 11-й день отмены энрофлоксацина. Появление Actinobacteriota наблюдали на 11-й день после отмены выпаивания антибиотика. Увеличение Cyanobacteria выявлено на 4-й день после отмены препарата. Таксономические сдвиги в микробиоме цыплят на уровне классов как в период выпаивания антибиотика, так и после его отмены проявились тенденцией к снижению относительной доли представителей классов Clostridia и Bacteroidia, а также тенденцией к увеличению доли класса Bacilli, особенно на 8-й день после отмены препарата. Установлено, что десятидневный курс выпаивания энрофлоксацина в рекомендуемой дозе приводит к увеличению в микробиоме доли семейств Bacillaceae, Gastranaerophilales, Lactobacillaceae, Bacteroidaceae, Bifidobacteriaceae, снижению относительной численности семейств Rikenellaceae, Erysipelatoclostridiaceae, Clostridiaceae, Ruminococcaceae и не влияет на колебания относительной численности семейства Lachnospiraceae. Выявленное увеличение доли Lactobacillaceae при использовании антибиотика можетговорить о возможностях здорового организма восстанавливать микробиоту самостоятельно. Результаты биоинформатического анализа метагеномных данных (без отсечения) показали присутствие в микробиоме цыплят 158 видов микроорганизмов, 38% из которых были отнесены к некультивируемым.

The diversity of gut microbiota is an important ecological resource that plays a key role in maintenance of the host homeostasis. It is extremely important to preserve the existing gut microbiota diversity, which ensures its resistance to the negative effects of abiotic factors, while the study of the antibiotic role in the disturbance of microbiota diversity is a fundamental basis used not only to identify aspects responsible for microbiota-associated poultry diseases, but also to learn techniques of microbiota management. This study gives a characteristic of poultry gut microbiota diversity before and after antibiotic administration based on 16S rRNA gene sequencing analysis. Firmicutes and Bacteroidota species were predominantly detected in the chick microbiota during antibiotic administration and after its withdrawal. A significant increase in Patescibacteria abundance was observed on day 11 post enrofloxacin cessation. Actinobacteriota started appearing on day 11 after antibiotic discontinuation. An increase in Cyanobacteria abundance was detected on day 4 after the drug withdrawal. Taxonomic shifts in the chick microbial community structure at the class level both during the antibiotic treatment and after its withdrawal were observed. The abundance of Clostridia and Bacteroidia classes tended to decrease, while Bacilli class increased in its abundance, especially on day 8 after the drug withdrawal. It was found that a ten-day course of enrofloxacin treatment at the recommended doses leads to an increase in the abundance of Bacillaceae, Gastranaerophilales, Lactobacillaceae, Bacteroidaceae, Bifidobacteriaceae families, while the abundance of Rikenellaceae, Erysipelatoclostridiaceae, Clostridiaceae, Ruminococcaceae decreased and did not affect the abundance of Lachnospiraceae family. The revealed increase in the proportion of Lactobacillaceae during antibiotic treatment suggests the ability of a healthy organism to restore the microbiota balance. The results of metagenomic data bioinformatics (without truncation) showed the presence of 158 microorganism species in the chick microbiota, 38% of which were classified as nonculturable.

микробиомметагеномтаргетное секвенированиеантибиотикиmicrobiotametagenometargeted sequencingantibioticsИсследование финансировалось Федеральной службой по ветеринарному и фитосанитарному надзору, научно-исследовательский проект по теме «Диагностика состояния нормальной микробиоты желудочно-кишечного тракта сельскохозяйственной птицы под воздействием антимикробных и пробиотических препаратов для разработки и осуществления мер по ее сохранению или восстановлению».The study was funded by the Federal Service for Veterinary and Phytosanitary Surveillance, a research project on the topic “Diagnosis of poultry normal gut microbiota under the influence of antimicrobials and probiotics to develop and introduce measures for microbiota preservation or restoration”.ReferencesПрасолова О. В., Малик Н. И., Солтынская И. В., Богомазова А. Н., Крылова Е. В., Малик Е. В. Современные молекулярно-генетические технологии для формирования перечня представителей нормальной микрофлоры птицы. Международный вестник ветеринарии. 2022; (4): 203–210. https://doi.org/10.52419/issn2072-2419.2022.4.203Prasolova O. V., Malik N. I., Soltynskaya I. V., Bogomazova A. N., Krylova E. V., Malik E. V. Modern molecular genetic technologies for forming a list of representatives normal bird microflora. International Bulletin of Veterinary Medicine. 2022; (4): 203–210. https://doi.org/10.52419/issn20722419.2022.4.203 (in Russ.)Shariff S., Kwan Su Huey A., Parag Soni N., Yahia A., Hammoud D., Nazir A., et al. Unlocking the gut-heart axis: exploring the role of gut microbiota in cardiovascular health and disease. Annals of Medicine and Surgery. 2024; 86 (5): 2752–2758. https://doi.org/10.1097/ms9.0000000000001744Shariff S., Kwan Su Huey A., Parag Soni N., Yahia A., Hammoud D., Nazir A., et al. Unlocking the gut-heart axis: exploring the role of gut microbiota in cardiovascular health and disease. Annals of Medicine and Surgery. 2024; 86 (5): 2752–2758. https://doi.org/10.1097/ms9.0000000000001744Long C.-X., Wu J.-Q., Tan Z.-J. Intestinal microbiota disturbance affects the occurrence of African swine fever. Animal Biotechnology. 2023; 34 (4): 1040–1049. https://doi.org/10.1080/10495398.2021.2010089Long C.-X., Wu J.-Q., Tan Z.-J. Intestinal microbiota disturbance affects the occurrence of African swine fever. Animal Biotechnology. 2023; 34 (4): 1040–1049. https://doi.org/10.1080/10495398.2021.2010089Salazar Mazamba M. de L., Cushicóndor-Collaguazo D. M., ParraGuayasamin S. G., Coello-Peralta R. D. The role of the intestinal microbiota in the health and disease of dogs and its importance in the agricultural sector. Centrosur Agraria. 2023; 1 (18): 99–109. https://centrosuragraria.com/index.php/revista/article/view/244Salazar Mazamba M. de L., Cushicóndor-Collaguazo D. M., ParraGuayasamin S. G., Coello-Peralta R. D. The role of the intestinal microbiota in the health and disease of dogs and its importance in the agricultural sector. Centrosur Agraria. 2023; 1 (18): 99–109. https://centrosuragraria.com/index. php/revista/article/view/244Mosa M. I., Salem H. M., Bastami M. A., Amer M. M. Pathogenic and non-pathogenic factors; especially infectious bursal disease viruses; affect chicken digestive system microbiota and methods of its evaluation and recovery: a review. Egyptian Journal of Veterinary Science. 2023; 54 (4): 733–760. https://doi.org/10.21608/EJVS.2023.203480.1476Mosa M. I., Salem H. M., Bastami M. A., Amer M. M. Pathogenic and non-pathogenic factors; especially infectious bursal disease viruses; affect chicken digestive system microbiota and methods of its evaluation and recovery: a review. Egyptian Journal of Veterinary Science. 2023; 54 (4): 733–760. https://doi.org/10.21608/EJVS.2023.203480.1476Кузнецов Ю. Е. Паразитозы пушных зверей в хозяйствах СевероЗападного региона Российской Федерации (меры борьбы и профилактика): дис. … д-ра вет. наук. СПб.; 2020. 496 с.Kuznetsov Yu. Ye. Parasitic diseases of fur animals in the farms of the North Western region of the Russian Federation (control measures and prevention): Author’s thesis for degree of Dr. Sci. (Veterinary Medicine). Saint Petersburg; 2020. 496 p. (in Russ.)Ильина Л. А. Микробиом сельскохозяйственных животных, его связь со здоровьем и продуктивностью: дис. … д-ра биол. наук. Подольск; 2022. 365 с.Ilyina L. A. Microbiota of livestock, its association with health and productivity: Author’s thesis for degree of Dr. Sci. (Biology). Podolsk; 2022. 365 p. (in Russ.)Подобед Л. И., Кочиш И. И., Карпенко Л. Ю., Никонов И. Н., Бахта А. А., Балыкина А. Б., Рязанов И. Г. Кормление сельскохозяйственной птицы. Часть 2. Оперативная диагностика кормовых нарушений в птицеводстве и их профилактика: учебное пособие. СПб.: ФГБОУ ВО СПбГУВМ; 2023. 228 с.Podobed L. I., Kochish I. I., Karpenko L. Yu., Nikonov I. N., Bakhta A. A., Balykina A. B., Ryazanov I. G. Feeding of farm poultry. Part 2. Rapid diagnosis of feeding violations in poultry production and their prevention: study guide. Saint Petersburg; Saint-Petersburg State University of Veterinary Medicine; 2023. 228 p. (in Russ.)Wei S., Morrison M., Yu Z. Bacterial census of poultry intestinal microbiome. Poultry Science. 2013; 92 (3): 671–683. https://doi.org/10.3382/ps.2012-02822Wei S., Morrison M., Yu Z. Bacterial census of poultry intestinal microbiome. Poultry Science. 2013; 92 (3): 671–683. https://doi.org/10.3382/ps.2012-02822Shang Y., Kumar S., Oakley B., Kim W. K. Chicken gut microbiota: Importance and detection technology. Frontiers in Veterinary Science. 2018; 5:254. https://doi.org/10.3389/fvets.2018.00254Shang Y., Kumar S., Oakley B., Kim W. K. Chicken gut microbiota: Importance and detection technology. Frontiers in Veterinary Science. 2018; 5:254. https://doi.org/10.3389/fvets.2018.00254Лаптев Г. Ю., Йылдырым Е. А., Ильина Л. А. Генетические методы изучения разнообразия и функций микробиомов для улучшения здоровья и повышения продуктивности. Экономически и социально значимые инфекции сельскохозяйственных животных: меры профилактики и борьбы: материалы Международной научно-практической конференции (Москва, 15 декабря 2022 г.). М.: Сельскохозяйственные технологии; 2022; 128–135. https://elibrary.ru/gqnapjLaptev G. Yu., Yildirim E. A., Ilyina L. A. Geneticheskie metody izucheniya raznoobraziya i funktsii mikrobiomov dlya uluchsheniya zdorov’ya i povysheniya produktivnosti = Genetic methods of microbiots diversity and function study to improve health and increase productivity. Ekonomicheski i sotsial’no znachimye infektsii sel’skokhozyaistvennykh zhivotnykh: mery profilaktiki i bor’by: materialy Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii (Moskva, 15 dekabrya 2022 g.) = Economically and socially significant infections of livestock: prevention and control measures: proceedings of the International Scientific and Practical Conference (Moscow, December 15, 2022). Moscow: Sel’skokhozyaistvennye tekhnologii; 2022; 128–135. https://elibrary.ru/gqnapj (in Russ.)Lu X., Gong G., Zhang Q., Yang S., Wu H., Zhao M., et al. Metagenomic analysis reveals high diversity of gut viromes in yaks (Bos grunniens) from the Qinghai-Tibet Plateau. Communications Biology. 2024; 7:1097. https://doi.org/10.1038/s42003-024-06798-yLu X., Gong G., Zhang Q., Yang S., Wu H., Zhao M., et al. Metagenomic analysis reveals high diversity of gut viromes in yaks (Bos grunniens) from the Qinghai-Tibet Plateau. Communications Biology. 2024; 7:1097. https:// doi.org/10.1038/s42003-024-06798-ySchmartz G. P., Rehner J., Schuff M. J., Molano L.-A. G., Becker S. L., Krawczyk M. et al. Exploring microbial diversity and biosynthetic potential in zoo and wildlife animal microbiomes. Nature Communications. 2024; 15:8263. https://doi.org/10.1038/s41467-024-52669-9Schmartz G. P., Rehner J., Schuff M. J., Molano L.-A. G., Becker S. L., Krawczyk M. et al. Exploring microbial diversity and biosynthetic potential in zoo and wildlife animal microbiomes. Nature Communications. 2024; 15:8263. https://doi.org/10.1038/s41467-024-52669-9Прасолова О. В. Метагеномный анализ таксономического состава микробиома толстого кишечника молодняка птицы яичного направления в период роста, при использовании и отмене антибиотика. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2024621987 Российская Федерация. ФГБУ «Всероссийский государственный Центр качества и стандартизации лекарственных средств для животных и кормов». № 2024621650. Заявл. 30.04.2024. Опубл. 08.05.2024. Бюл. № 5. https://elibrary.ru/oxegnvPrasolova O. V. Metagenomic analysis of microbiota taxonomy of young layers’ colon during their growth when using the antibiotic and after its withdrawal. Certifi te of state registration of a database No. 2024621987 Russian Federation. The All-Russian State Center for Quality and Standardization of Veterinary Drugs and Feed. No. 2024621650. Date of filing: 30.04.2024. Date of publication: 08.05.2024. Bull. No. 5. https://elibrary.ru/oxegnv (in Russ.)Caneschi A., Bardhi A., Barbarossa A., Zaghini A. The use of antibiotics and antimicrobial resistance in veterinary medicine, a complex phenomenon: A narrative review. Antibiotics. 2023; 12 (3):487. https://doi.org/10.3390/antibiotics12030487Caneschi A., Bardhi A., Barbarossa A., Zaghini A. The use of antibiotics and antimicrobial resistance in veterinary medicine, a complex phenomenon: A narrative review. Antibiotics. 2023; 12 (3):487. https://doi.org/10.3390/antibiotics12030487World Organisation for Animal Health. OIE List of Antimicrobial Agents of Veterinary Importance (June 2021). https://www.woah.org/app/uploads/2021/06/a-oie-list-antimicrobials-june2021.pdf (дата обращения 06.03.2024).World Organisation for Animal Health. OIE List of Antimicrobial Agents of Veterinary Importance (June 2021). https://www.woah.org/app/uploads/2021/06/a-oie-list-antimicrobials-june2021.pdf (date of access: 06.03.2024).Bolyen E., Rideout J. R., Dillon M. R., Bokulich N. A., Abnet C. C., Al-Ghalith G. A., et al. Reproducible, interactive, scalable and extensible microbiome data science using QIIME 2. Nature Biotechnology. 2019; 37 (8): 852–857. https://doi.org/10.1038/s41587-019-0209-9Bolyen E., Rideout J. R., Dillon M. R., Bokulich N. A., Abnet C. C., Al-Ghalith G. A., et al. Reproducible, interactive, scalable and extensible microbiome data science using QIIME 2. Nature Biotechnology. 2019; 37 (8): 852–857. https://doi.org/10.1038/s41587-019-0209-9Nearing J. T., Douglas G. M., Comeau A. M., Langille M. G. I. Denoising the denoisers: an independent evaluation of microbiome sequence error-correction approaches. PeerJ. 2018; 6:e5364. https://doi.org/10.7717/peerj.5364Nearing J. T., Douglas G. M., Comeau A. M., Langille M. G. I. Denoising the denoisers: an independent evaluation of microbiome sequence error-correction approaches. PeerJ. 2018; 6:e5364. https://doi.org/10.7717/peerj.5364Quast C., Pruesse E., Yilmaz P., Gerken J., Schweer T., Yarza P. et al. The SILVA ribosomal RNA gene database project: improved data processing and web-based tools. Nucleic Acids Research. 2013; 41 (D1): D590–596. https://doi.org/10.1093/nar/gks1219Quast C., Pruesse E., Yilmaz P., Gerken J., Schweer T., Yarza P. et al. The SILVA ribosomal RNA gene database project: improved data processing and web-based tools. Nucleic Acids Research. 2013; 41 (D1): D590–596. https://doi.org/10.1093/nar/gks1219Love M. I., Huber W., Anders S. Moderated estimation of fold change and dispersion for RNA-seq data with DESeq2. Genome Biology. 2014; 15 (12):550. https://doi.org/10.1186/s13059-014-0550-8Love M. I., Huber W., Anders S. Moderated estimation of fold change and dispersion for RNA-seq data with DESeq2. Genome Biology. 2014; 15 (12):550. https://doi.org/10.1186/s13059-014-0550-8

The authors declare that there are no conflicts of interest present.