Исследователи изучают, как микробы перемещаются по ферме и как они влияют на производство молока и продуктивность коров. Источник изображения:©iStock, Клара Бастиан

Всё начинается с коровы. Эти добродушные травоядные гиганты — основа целой продовольственной системы, построенной на молоке. Когда молочная корова беременеет в возрасте около года, она начинает биологический путь, который обеспечивает одну из самых разнообразных категорий в рационе людей. После девятимесячной беременности она рожает телёнка и начинает давать молоко. Этот цикл лактации обычно длится около года и является основой молочного животноводства.

Но коровы — не единственные важные участники этой истории, потому что микробы не менее значимы. У молочных коров есть специальный орган — рубец, в котором обитает активное сообщество микробов, помогающих переваривать корм для коров — от кукурузного силоса до сои и люцерны. «Микробы через бактерии физически прикрепляются к клетчатке, расщепляют её на гемицеллюлозу и ферментируют её до летучих жирных кислот», — объяснил Гаррет Суэн, микробиолог из Университета Висконсин-Мэдисон, во время сессии на конференции Американского общества микробиологии Microbe 2025. Эти летучие жирные кислоты влияют на производство и состав молока.

Чтобы удовлетворить растущие потребности покупателей, фермеры в основном используют методы селекции для получения более крупных коров, которые дают больше молока, или меняют рацион коров. Однако качество молока не менее важно, чем его количество. «Вам нужен молочный жир, вам нужен молочный сахар, вам нужен белок [в молоке]», — говорит Суэн. Однако он отмечает, что при таком подходе «микробиом рубца по большей части игнорируется, хотя люди знают, что именно он в большей степени влияет на [производство]».

Хотя многие предполагали, что микробиом рубца действительно влияет на выработку молока, Суэн отметил, что доказательств этому мало. Изучать микробиом рубца сложно из-за его анаэробной среды. Однако такие технологии, как секвенирование нового поколения, помогли исследователям начать изучать и понимать микробное разнообразие в рубце. В 2017 году Суэн и его команда обнаружили, что у высокопродуктивных и низкопродуктивных молочных коров разные микробиомы, но этот список микробов мало что дал исследователям.¹

Чтобы глубже изучить эту взаимосвязь, Суэн и его команда провели классический эксперимент по трансплантации: взяли микробиом рубца у коровы с высокой продуктивностью и пересадили его корове с низкой продуктивностью, и наоборот.² Для этого они использовали три пары коров с канюлями — хирургически установленными портами в боку, которые позволяют исследователям получать доступ к рубцу и его содержимому. «Мы вручную засунули [руку] в рубец, взяли содержимое и поместили его в гигантское мусорное ведро. Мы проделали это со всеми шестью животными, а затем вернули содержимое [донорского] рубца в соответствующую пару.

Исследователи оценили микробные сообщества в рубце коров до и в течение восьми недель после обмена содержимым рубца, используя секвенирование 16S рРНК и ампликонов для отслеживания изменений. Они заметили, что коровы с низкой продуктивностью временно становились более продуктивными примерно через неделю после получения содержимого рубца от коров с высокой продуктивностью, но в конечном счёте возвращались к исходному состоянию с низкой продуктивностью. Напротив, коровы с высокой продуктивностью, получившие содержимое рубца от коров с низкой продуктивностью, теряли продуктивность и никогда её не восстанавливали.

«Это говорит о том, что изменить микробиом взрослого животного будет довольно сложно, — сказал Суэн. — Потому что если у этих животных есть способность корректировать свой микробиом даже после масштабных изменений на этом уровне, то добиться значительных изменений будет очень непросто».

Чтобы решить эту проблему, Суэн и его команда сосредоточились на телятах, стремясь повлиять на выработку молока в раннем возрасте путём формирования микробиома. Поскольку молочных телят часто отнимают от матерей сразу после рождения и выращивают люди, они, скорее всего, получают кишечные микробы из окружающей среды.³ Команда собрала содержимое рубца у взрослых коров и вводила его телятам в возрасте от рождения до шести недель.⁴ Позже, когда эти коровы стали взрослыми, им установили канюли и секвенировали их микробиомы. Хотя между микробиомами высокопродуктивных и низкопродуктивных коров наблюдались явные различия, эти изменения не привели к сколько-нибудь заметному увеличению надоев.

В то время как Суэн продолжает изучать факторы, влияющие на перемещение микроорганизмов между фермами, он и его команда внедряют менее трудоёмкие методы отбора проб из рубца.⁵ Один из недавних подходов предполагает использование мазков из ротовой полости, с помощью которых можно обнаружить до 70 % микробиома рубца. По сравнению с традиционными методами отбора проб исследователи обнаружили, что мазки из ротовой полости успешно отражают микробные ассоциации, выявленные ранее. По мере того как Суэн и другие учёные углубляются в изучение того, как микробы влияют на продуктивность молочных ферм, где содержатся коровы и другие жвачные животные, такие как козы и овцы, они также исследуют способы, с помощью которых фермеры могут удовлетворять растущий спрос на молоко более экологичными методами.

Ссылки:

1. Веймер П. Дж. и др. Временные изменения в эффективности производства молока и составе бактериального сообщества в результате почти полного обмена содержимым рубца между высокопродуктивными и низкопродуктивными голштинскими коровами. J Dairy Sci. 2017;100(9):7165-7182.
2. Кокс М.С. и др. Оценка реакции бактериальной и грибковой микробиоты рубца на обмен содержимым всего рубца у молочных коров. Front Microbiol. 2021;12:665776.
3. Дилл-МакФарланд К. А. и др. Последовательность микроорганизмов в желудочно-кишечном тракте молочных коров от 2 недель до начала первой лактации. Sci Rep. 2017;7:40864.
4. Ли В. и др. Транскриптомный анализ печени хозяина и метатранскриптомный анализ эпимурального микробного сообщества рубца у молодых телят, получавших искусственное содержимое рубца от взрослой коровы-донора. Sci Rep. 2019;9(1):790.
5. Скарлупка Дж. Х. и др. Сопоставление микробного сообщества в ротовой полости с показателями молочной продуктивности голштинских молочных коров. mSphere. 2025;10(6):e0016725.