О вкусной и здоровой пище. Инновационные кормовые добавки для рыбы разработали в Ростове-на-Дону

Повысить выживаемость рыбы в хозяйствах на 20–25%, сделать ее устойчивее к мутациям и даже сэкономить до 30% корма — все это позволяют синбиотические добавки для аквакультуры, разработанные учеными из Донского государственного технического университета при поддержке Российского научного фонда. Новые препараты также укрепляют иммунитет животных и помогают им быстрее расти. О секретах передовой разработки корреспонденту «Научной России» рассказывает руководитель масштабного проекта, декан факультета «Агропромышленный» ДГТУ, профессор РАН, доктор технических наук Дмитрий Владимирович Рудой.

Синбиотики — препараты, сочетающие в своем составе пробиотики и пребиотики. Другими словами, новые кормовые добавки одновременно содержат и полезные для рыб бактерии, и вещества, стимулирующие рост микроорганизмов. К настоящему времени исследователи представили линейку из 27 синбиотических препаратов.

«Добавки создаются для широкого круга объектов аквакультуры. В ходе испытаний мы работали с разными видами: это и ценные осетровые (стерлядь, бестер), и популярные лососевые (форель, стальноголовый лосось), и карповые, а также новые для отечественной аквакультуры виды, такие как африканский клариевый сом и тилапия (Tilapia), — говорит Д.В. Рудой. — Основной и наиболее эффективный способ применения препаратов — смешивание их непосредственно с комбикормом. Это позволяет доставить пробиотические бактерии напрямую в кишечник, где они и должны работать.

В качестве пребиотиков мы используем как классические вещества природного происхождения, например инулин из корня цикория, так и более сложные компоненты, включая “зеленый” белок — концентрат растительного белка из подсолнечника, богатый хлорогеновой кислотой. Эти компоненты служат питательной средой для наших пробиотических бактерий».

Ученые реализуют проект с 2023 г. совместно с индустриальным партнером — рыбным хозяйством «Прибой» из Волгоградской области, активно инвестирующим в исследования. Компания выращивает осетровых, форель и карповых.

Создавая инновационные добавки, ученые задействовали возможности передовых молекулярно-генетических методов. Проведя предварительное исследование, авторы проекта установили, что для обеспечения наилучшего эффекта пробиотик должен состоять не из одного штамма, а из целого консорциума микроорганизмов. Но как собрать «команду» из бактерий так, чтобы она оказывала на животных нужное действие? В этом исследователям помог генетический анализ отдельных штаммов микроорганизмов, позволивший отобрать для дальнейшей работы бактерии с полезными свойствами и комбинировать разные штаммы микроорганизмов таким образом, чтобы те органично дополняли друг друга.

В поисках подходящих бактерий авторы проекта обратились за помощью к природе. И она не подвела: в результате работы в полевых условиях ученым удалось собрать уникальный обширный банк штаммов.

«Поиск мы вели не в лабораторных коллекциях, а в естественной среде — в донных отложениях реки Дон. Бактерии из ила — естественные обитатели экосистемы, где присутствуют рыбы, — отмечает Д.В. Рудой. — На первом этапе мы выделили более 100 штаммов, а затем провели многоступенчатый скрининг. Сначала мы оценивали их ферментативную активность, безопасность, способность бороться с патогенами, антиоксидантные и ДНК-протекторные свойства. В результате были отобраны 13 самых перспективных штаммов. Их уникальность заключается в том, что, помимо высокой пробиотической активности, они автохтонны (то есть представляют собой естественных сожителей рыб в экосистеме. — Примеч. авт.), благодаря чему гораздо лучше приживаются в кишечнике рыб. Мы провели полногеномное секвенирование для этих штаммов, изучили все их генетические особенности и депонировали информацию в международные базы данных, такие как GenBank (NCBI), DDBJ, EMBL-EBI, INSDC».   

Как и в любом комплексном исследовании, на пути к результату ученым пришлось разработать несколько необходимых сопутствующих технологий: в частности, продумать методики совместного выращивания разных бактериальных штаммов и последующей сушки добавок.

По своим функциям полученные препараты делятся на четыре типа.

«Разработанные добавки — линейка мультиштаммовых пробиотиков, отличающихся друг от друга прежде всего набором бактериальных штаммов и их функциональными свойствами: ферментативные (для улучшения переваривания комбикорма), антиоксидантные (для защиты от стресса), антимикробные (для профилактики инфекций) и антимутагенные (защита генетического материала от мутаций). Мы разработали методики, позволяющие сочетать штаммы, избегая антагонизма и подавления ими друг друга, — говорит Д.В. Рудой. — Конкретная добавка всегда подбирается индивидуально в зависимости от вида рыбы, ее возраста и текущих проблем хозяйства».

Сначала новые препараты тестировались в условиях, приближенных к реальному рыбному хозяйству, затем — на реальных предприятиях Волгоградской и Ростовской областей, а также Краснодарского края. Многократные эксперименты подтвердили, что добавки укрепляют здоровье рыб и повышают их выживаемость на 20–25%. Примечательно, что препараты в том числе положительно влияют на жизнестойкость молодых особей. Это открывает потенциальную возможность применения новых синбиотиков для восстановления популяций рыб в Азовском море. 

Крепкий иммунитет животных — еще не все. С новыми добавками рыбы быстрее набирают массу, что также немаловажно для отрасли. По словам Д.В. Рудого, в опытных группах рыба в среднем росла быстрее на 10–15%.

Что касается экономии корма, то за нее отвечают уже упомянутые ферментативные пробиотики. Механизм прост: рыбы более полноценно усваивают питательные вещества и за счет этого обходятся меньшим количеством пищи.

«Экономия комбикорма достигается за счет значительной оптимизации его конверсии (прироста массы животного на единицу съеденного корма. — Примеч. авт.). Пробиотики, особенно ферментативного типа, продуцируют в кишечнике рыб ферменты, помогающие животным более полно расщеплять и усваивать из комбикорма питательные вещества, которые без них выходили бы непереваренными. Во всех наших экспериментах мы фиксировали снижение коэффициента конверсии корма на 15–20%, при использовании отдельных штаммов этот показатель доходил до 30%», — делится Д.В. Рудой.

Чтобы пронаблюдать, как новые синбиотики влияют на организмы животных, ученые проводили глубокие исследования посредством разнообразных технологий. Так, с помощью молекулярно-генетических методов они отследили, как препараты меняют активность более 200 генов в клетках мозга, печени и жабр стерляди. Результаты подтвердили, что добавки укрепляют иммунитет животных и препятствуют развитию воспалений.

«Чтобы понять, как добавки влияют на организм рыбы на молекулярном уровне, мы используем транскриптомный и ПЦР-анализ. Мы выделяем из тканей рыбы (например, из кишечника, печени или мышц) генетический материал и после проведения анализов получаем полную картину того, какие гены работают в данный момент. Сравнивая транскриптомы рыб из контрольной и опытной групп, мы видим, как пробиотики влияют на экспрессию сотен генов, связанных с иммунитетом, ростом, стрессом и обменом веществ», — рассказывает Д.В. Рудой.

На этапе предварительных экспериментов ученые тестировали добавки на рыбках данио-рерио. Например, антиоксидантный эффект препаратов проверялся на животных, у которых был смоделирован процесс повышенного окисления клеток. Эксперименты с данио-рерио увенчались успехом, а в дальнейшем антиоксидантное действие синбиотиков подтвердилось и в испытаниях на форели и стерляди.

«Данио-рерио — широко применяемая во всем мире модель для исследований. Ее использование позволяет быстро и с меньшими затратами оценить общую безопасность и эффективность наших добавок на живом организме, — объясняет Д.В. Рудой. — С помощью данио-рерио мы можем смоделировать различные проблемные состояния — например, оксидативный стресс (вызванный перекисью водорода) или генотоксический стресс (вызванный химическим мутагеном). На этой модели мы тестируем, как наши пробиотики защищают организм, снижая уровень повреждений ДНК и клеточного стресса».

Ученые также провели метагеномный анализ кишечного микробиома мальков и молоди стерляди, получавших инновационные добавки. Это исследование показало, что новые препараты способствуют формированию собственной микробиоты рыб. Кстати, анализ микробиома можно использовать и непосредственно для того, чтобы подобрать наиболее эффективные кормовые добавки для конкретного хозяйства.

«Для изучения микробиома в динамике используются современные методы секвенирования. Один из ключевых подходов — анализ вариабельных участков гена 16S рибосомной РНК. Этот ген есть у всех бактерий, и по его вариациям мы можем определить, какие именно бактерии присутствуют в образце, — поясняет Д.В. Рудой. — Для этого мы применяем высокопроизводительное секвенирование на платформах типа Illumina, что позволяет получать данные о составе микробиома буквально за несколько часов прямо в лаборатории. Важно отметить, что в России также разработан и уже применяется отечественный прибор для массового параллельного секвенирования — “Нанофор СПС”. Наличие такого прибора в научно-исследовательской лаборатории «Центр агробиотехнологии» ДГТУ открывает широкие перспективы для изучения генетических особенностей пробиотических штаммов и оценки их влияния на организм животных».

Как подчеркивает ученый, новая разработка играет важную роль в контексте текущего перехода к персонализированному рыбоводству. Вероятно, в будущем препараты-синбиотики будут разрабатываться не просто для конкретных видов рыб, а целенаправленно для отдельных хозяйств. Д.В. Рудой объясняет, как может выглядеть этот процесс: «Сначала мы проводим анализ текущих проблем и особенностей хозяйства: вида и возраста рыбы, условий ее содержания, определяем, какие патогены циркулируют на предприятии. Далее производится подбор штаммов с необходимыми свойствами. Используя разработанную нами методику, мы проверяем эти штаммы на совместимость, формируем мультиштаммовый препарат и предлагаем технологию его внесения в комбикорм».

Кстати, в рамках проекта ученые разработали собственные рецептуры стартовых комбикормов (для животных на ранних этапах жизни. — Примеч. авт.) для разных видов рыб с использованием новых синбиотиков и белков растительного происхождения. «Рецепты стартовых комбикормов с частичной заменой рыбной муки на растительный белок разработаны для личинок и молоди стерляди, форели, сома и тилапии, — делится исследователь. — Главное отличие этих кормов — включение в их состав синбиотических добавок, помогающих рыбам эффективно переваривать и усваивать компоненты растительного происхождения».

Важным достижением проекта стала уникальная коллекция из более 100 бактериальных штаммов, которые можно использовать в качестве пробиотиков для рыб. «Банк штаммов — это ресурс, который позволяет нам не только разрабатывать новые препараты, но и проводить глубокие фундаментальные исследования. Наша коллекция постоянно пополняется и актуализируется в соответствии с новыми потребностями и вызовами отрасли», — подчеркивает Д.В. Рудой.

Стоит отметить, что более половины команды — молодые ученые. Высокие показатели достигаются за счет синергии проектных групп с различными специализациями: по биотехнологии, микробиологии, генетике, молекулярной биологии, кормопроизводству и аквакультуре. «Наши добавки и комбикорма прошли широкий цикл лабораторных и производственных испытаний на базе ДГТУ и его партнеров, а также на рыбоводных предприятиях, — подытоживает Д.В. Рудой. — Мы получили положительные результаты, подтверждающие их высокую эффективность, и сейчас идет активная работа по регистрации технологий для масштабирования в промышленное производство».

Разработки ведутся в рамках гранта Российского научного фонда № 23-76-30006 «Стратегия молекулярной аквакультуры в разработке новых синбиотических препаратов для улучшения здоровья и качества рыбы». Завершение проекта запланировано в 2026 г., но на этом научные исследования коллектива не заканчиваются. Ученые занимаются другими острыми проблемами рыбных хозяйств: поиском средств против грибкового заболевания рыб сапролегниоза, а также минимизацией потерь на этапах инкубации икры и раннего подращивания мальков. Кроме того, в 2025 г. исследователи выиграли еще один грант РНФ на создание пробиотиков и кормов для промышленного разведения раков — весьма непростых в содержании животных.

Статья подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ

Источники

Комментарии Д.В. Рудого

Российский научный фонд. Дмитрий Рудой и Лариса Карпенко о развитии аквакультуры и птицеводства

Медиапортал Донского государственного технического университета. Аркадий Кузнецов. Грант РНФ по молекулярной аквакультуре: выживаемость рыбы выросла на 25%

Фото на превью и на главной странице: из архива информационной службы факультета «Агропромышленный» ДГТУ. 

Фото на странице: из архива информационной службы факультета «Агропромышленный» ДГТУ, Дарьяна Буряк / архив отдела медиасопровождения управления информационной политики ДГТУ.