ПРЕПРИНТ
О результатах, изложенных в препринтах, не следует сообщать в СМИ как о проверенной информации.
В работе представлены данные об исследованиях кишечной микробиоты свиней, играющей ключевую роль в поддержании здоровья и физиологии животных. Целью данного обзора является описание влияния возраста, диеты и антибиотиков на состав и функциональную активность кишечной микробиоты свиней и распространение генов антибиотикорезистентности (АРГ) в условиях животноводства. В данном обзоре обобщены данные исследований о составе кишечной микробиоты свиней, особое внимание уделено формированию и динамике состава микробиоты поросят в неонатальном периоде. Рассмотрено влияние различных типов диеты на состав и функциональную активность кишечной микробиоты свиней, в том числе на экспрессию генов гликозидгидролаз и гликозилтрансфераз и возможности модулирования состава микробиоты посредством диеты, что может минимизировать последствия стресса при отъеме и повысить продуктивность животных. Особое внимание уделено роли кишечной микробиоты в метаболизме аминокислот, витаминов, липидов и желчных кислот, а также функциональной метагеномике микробного сообщества, позволяющей выявлять гены, связанные с адаптацией к различным типам рациона и патологическим состояниям. В обзоре также обсуждаются роль свиней в распространении АРГ, в том числе с использованием метагеномного и метатранскриптомного профилирования, а также риски, связанные с их попаданием в окружающую среду и возможное влияние на здоровье животных и человека.
Седова Д. А., Головин С. Н., Шебеко С. К., Ермаков А. М. 2025. Микробиологическое разнообразие, формирование, экологическая роль и методы исследования микробиоты кишечника свиней: обзор. PREPRINTS.RU. https://doi.org/10.24108/preprints-3113332
1. Wang C., Li P., Yan Q., et al. Characterization of the pig gut microbiome and antibiotic resistome in industrialized feedlots in China // mSystems. 2019. Vol. 4, N 6. P. e00206-19. doi: 10.1128/msystems.00206-19
2. Yang J., Chen R., Peng Y., et al. The role of gut archaea in the pig gut microbiome: a mini-review // Frontiers in Microbiology. 2023. Vol. 14. P. 1284603. doi: 10.3389/fmicb.2023.1284603
3. Rowan J.P., Durrance K.L., Combs G.E., Fisher, L.Z. The digestive tract of the pig..Gainesville : Animal Science Department, Florida Cooperative Extension Service, Institute of Food and Agricultural Sciences, University of Florida, 1997.
4. Thomson J.R., Friendship R.M. Digestive system. In: Zimmerman J.J., Karriker L.A., Ramirez A., Schwartz K.J., Stevenson G.W., Zhang J., editors. Diseases of Swine. 11th ed. USA : John Wiley & Sons, 2019. P. 234-263
5. Isaacson R., Kim H.B. The intestinal microbiome of the pig // Animal health research reviews. 2012. Vol. 13, N 1. P. 100-109. doi: 10.1017/S1466252312000084.
6. Holman D.B., Kommadath A., Tingley J. P., et al. Novel insights into the pig gut microbiome using metagenome-assembled genomes //Microbiology Spectrum. 2022. Vol. 10, N 4. P. e02380-22. doi: 10.1128/spectrum.02380-22
7. Kennedy N.A., Walker A.W., Berry S.H., et al. The impact of different DNA extraction kits and laboratories upon the assessment of human gut microbiota composition by 16S rRNA gene sequencing // PloS one. 2014. – Vol. 9, N 2. P. e88982. doi: 10.1371/journal.pone.0088982
8. Chen C., Zhou Y., Fu H., et al. Expanded catalog of microbial genes and metagenome-assembled genomes from the pig gut microbiome // Nature communications. 2021. Vol. 12, N 1. P. 1106. doi: 10.1038/s41467-021-21295-0
9. Fernandez M., Thompson J., Calle A. Novel feed additive delivers antimicrobial copper and influences fecal microbiota in pigs // Microbiology Spectrum. 2024. Vol. 12. N, 6. P. e04280-23. doi: 10.1128/spectrum.04280-23
10. Chen X., Xu J., Ren E., et al. Co-occurrence of early gut colonization in neonatal piglets with microbiota in the maternal and surrounding delivery environments // Anaerobe. 2018. Vol. 49. P. 30-40. doi: 10.1016/j.anaerobe.2017.12.002
11. Quan J., Xu C., Ruan D., et al. Composition, function, and timing: exploring the early-life gut microbiota in piglets for probiotic interventions // Journal of Animal Science and Biotechnology. 2023. Vol. 14, N 1. P 143. doi: 10.1186/s40104-023-00943-z
12. Bian G., Ma S., Zhu Z., et al. Age, introduction of solid feed and weaning are more important determinants of gut bacterial succession in piglets than breed and nursing mother as revealed by a reciprocal cross-fostering model // Environmental Microbiology. 2016. Vol. 18, N 5. P 1566–1577. doi: 10.1111/1462-2920.13272
13. Konstantinov S.R., Awati A.A., Williams B.A., et al. Post-natal development of the porcine microbiota composition and activities // Environmental Microbiology. 2006 Vol. 8, N 7. P. 1191-1199. doi: 10.1111/j.1462-2920.2006.01009.x
14. Choudhury R., Middelkoop A., de Souza J.G., et al. Impact of early-life feeding on local intestinal microbiota and digestive system development in piglets // Scientific Reports. 2021 Vol. 11, N 1. P. 4213. doi: 10.1038/s41598-021-83756-2
15. Fulde M., Sommer F., Chassaing B., et al. Neonatal selection by Toll-like receptor 5 influences long-term gut microbiota composition // Nature. 2018. Vol. 560, N. 7719. P. 489-493. doi: 10.1038/s41586-018-0395-5
16. Kurkjian H.M., Akbari M.J., Momeni B. The impact of interactions on invasion and colonization resistance in microbial communities // PLoS Computational Biology. 2021. Vol. 17, N 1. P. e1008643. doi: 10.1371/journal.pcbi.1008643
17. Newberry R.C., Wood-Gush D.G.M. The suckling behaviour of domestic pigs in a semi-natural environment // Behaviour. 1985 Vol. 95, N 11–25. doi: 10.1163/156853985X00028
18. Knecht D., Cholewińska P., Jankowska-Mąkosa A., Czyż K. Development of Swine's Digestive Tract Microbiota and Its Relation to Production Indices-A Review // Animals (Basel). 2020 Vol. 10, N 3 P. 527. doi: 10.3390/ani10030527
19. Rhouma M., Fairbrother J.M.; Beaudry F. Letellier A. Post weaning diarrhea in pigs: Risk factors and non-colistin-based control strategies // Acta Veterinaria Scandinavica. 2017. Vol. 59, N 1. P. 1-19. doi: 10.1186/s13028-017-0299-7
20. Varel V.H., Yen J.T. Microbial perspective on fiber utilization by swine // Journal of Animal Science. 1997. Vol. 75, N 10. P. 2715-2722. doi: 10.2527/1997.75102715x.
21. Xiong X., Tan B., Song M., et al. Nutritional intervention for the intestinal development and health of weaned pigs // Frontiers in veterinary science. 2019. Vol. 6. P. 46. doi: 10.3389/fvets.2019.00046
22. Kuller W.I., Soede N.M., van Beers-Schreurs, et al. Effects of intermittent suckling and creep feed intake on pig performance from birth to slaughter // Journal of Animal Science. 2007. Vol. 85, N 5. P. 1295-1301. doi: 10.2527/jas.2006-177
23. Xiao L., Estellé J., Kiilerich P., et al. A reference gene catalogue of the pig gut microbiome //Nature microbiology. 2016. Vol. 1, N 12. P. 1-6. doi: 10.1038/nmicrobiol.2016.161
24. Rahman R., Fouhse J.M., Ju T., et al. A comparison of wild boar and domestic pig microbiota does not reveal a loss of microbial species but an increase in alpha diversity and opportunistic genera in domestic pigs // Microbiology Spectrum. 2024. Vol. 12, N 10. P. e00843-24. doi: 10.1128/spectrum.00843-24
25. Quan J., Cai G., Ye J., et al. A global comparison of the microbiome compositions of three gut locations in commercial pigs with extreme feed conversion ratios //Scientific reports. 2018. Vol.8, N 1. P. 4536. doi: 10.1038/s41598-018-22692-0
26. Gryaznova M.V., Dvoretskaya Y.D., Syromyatnikov M.Y., et al. Changes in the Microbiome Profile in Different Parts of the Intestine in Piglets with Diarrhea // Animals. 2022. Vol.12, N 3. P. 320. doi:10.3390/ani12030320
27. Корчагина А. Ю., Брындина Л. В. Определение видового разнообразия микробиома кишечника свиней с целью создания консорциума микроорганизмов для очистки сточных вод от органических загрязнений // Здоровьесберегающие технологии, качество и безопасность пищевой продукции. 2021. С. 179-184.
28. Gryaznova M., Smirnova Y., Burakova I., et al. Characteristics of the Fecal Microbiome of Piglets with Diarrhea Identified Using Shotgun Metagenomics Sequencing // Animals. 2023. Vol. 13, N 14. P. 2303. doi: 10.3390/ani13142303
29. Сыромятников М.Ю., Шабунин С.В., Нестерова Е.Ю и др. Исследование разнообразия грибковых микроорганизмов кишечника свиней с различной конверсией корма. 2023. Т. 59. N 4. C. 85-89. doi: 10.52368/2078-0109-2023-59-4-85-89
30. Лысенко Ю.А., Кощаев А.Г., Беляк В.А. и др. Анализ, выделение и идентификация микробиома из слепых отростков кишечника промышленных свиней // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2024. №. 4. С. 168-183.
31. Dumont M.G., Pommerenke B., Casper P. Using stable isotope probing to obtain a targeted metatranscriptome of aerobic methanotrophs in lake sediment // Environmental Microbiology Reports. 2013. Vol. 5, N. 5. P. 757-764. doi:10.1111/1758-2229.12078
32. Xu J. Xu R., Jia M., Su Y., Zhu W. Metatranscriptomic analysis of colonic microbiota’s functional response to different dietary fibers in growing pigs // Animal Microbiome. 2021. Vol. 3. P. 1-14. doi:10.1371/journal.pone.0017447
33. Gosalbes M.J., Durbán A., Pignatelli M., et al.. Metatranscriptomic approach to analyze the functional human gut microbiota // PloS one. 2011. Vol. 6, N 3. P. e17447. doi:10.1371/journal.pone.0017447
34. Shan T., Li L., Simmonds P., Wang C., Moeser A., Delwart E. The fecal virome of pigs on a high-density farm // Journal of Virology. 2011. Vol. 85, N. 22. P. 11697-11708. doi:10.1128/JVI.05217-11
35. Urubschurov V., Janczyk P., Souffrant W.B., Freyer G., Zeyner A. Establishment of intestinal microbiota with focus on yeasts of unweaned and weaned piglets kept under different farm conditions // FEMS microbiology ecology. 2011. Vol. 77, N 3. P. 493-502. doi:10.1111/j.1574-6941.2011.01129.x
36. Chen Q., Lyu W., Pan C., et al. Tracking investigation of archaeal composition and methanogenesis function from parental to offspring pigs // Science of The Total Environment. 2024. Vol. 927. P. 172078. doi:10.1016/j.scitotenv.2024.172078
37. Meene A., Gierse L., Schwaiger T., et al. Archaeome structure and function of the intestinal tract in healthy and H1N1 infected swine // Frontiers in Microbiology. 2023. Vol. 14. P. 1250140. doi:10.3389/fmicb.2023.1250140
38. Crespo-Piazuelo D., Estellé J., Revilla M., et al. Characterization of bacterial microbiota compositions along the intestinal tract in pigs and their interactions and functions // Scientific reports. 2018. Vol. 8, N. 1. P. 12727. doi:10.1038/s41598-018-30932-6
39. Lamendella R., Santo Domingo J.W., Ghosh S., et al. Comparative fecal metagenomics unveils unique functional capacity of the swine gut // BMC microbiology. 2011. Vol. 11. P. 1-17. doi:10.1038/s41598-018-30932-6
40. Velayudhan D.E., Kim I.H., Nyachoti C.M. Characterization of dietary energy in swine feed and feed ingredients: a review of recent research results // Asian-Australasian Journal of Animal Sciences. 2015. Vol. 28, N. 1. P. 1. doi:10.1186/1471-2180-11-103
41. Tiwari U.P., Singh A.K., Jha R. Fermentation characteristics of resistant starch, arabinoxylan, and β-glucan and their effects on the gut microbial ecology of pigs: A review // Animal Nutrition. 2019. Vol. 5, N. 3. P. 217-226. doi:10.5713/ajas.14.0001R
42. Li H., Han L., Zhou F., et al. Ningxiang Pig-Derived Microbiota Affects the Growth Performance, Gut Microbiota, and Serum Metabolome of Nursery Pigs // Animals. 2024. Vol. 14, N. 17. P. 2450. doi:10.3390/ani14172450
43. Pandey S., Kim E.S., Cho J.H., et al. Swine gut microbiome associated with non-digestible carbohydrate utilization // Frontiers in Veterinary Science. 2023. Vol. 10. P. 1231072. doi:10.3389/fvets.2023.1231072
44. Tang X., Zhang L., Wang L., et al. Multi-Omics Analysis Reveals Dietary Fiber’s Impact on Growth, Slaughter Performance, and Gut Microbiome in Durco × Bamei Crossbred Pig // Microorganisms. 2024. Vol. 12, N 8. P. 1674. doi:10.3390/microorganisms12081674
45. Zhang L. Yue Y., Shi M., et al. Dietary Luffa cylindrica (L.) Roem promotes branched-chain amino acid catabolism in the circulation system via gut microbiota in diet-induced obese mice // Food chemistry. 2020. Vol. 320. P. 126648. doi:10.1016/j.foodchem.2020.126648
46. Zhang J., Jiang Q., Du Z., et al. Knowledge graph-derived feed efficiency analysis via pig gut microbiota // Scientific Reports. 2024. Vol. 14, N 1. P. 13939. doi:10.1038/s41598-024-64835-6
47. Pieper R., Kröger S., Richter J. F., et al. Fermentable fiber ameliorates fermentable protein-induced changes in microbial ecology, but not the mucosal response, in the colon of piglets // The Journal of nutrition. 2012. V. 142, N 4. P. 661-667. doi:10.3945/jn.111.156190
48. Liu G., Gu K., Liu X., et al. Dietary glutamate enhances intestinal immunity by modulating microbiota and Th17/Treg balance-related immune signaling in piglets after lipopolysaccharide challenge // Food Research International. 2023. Vol. 166. P. 112597. doi:10.1016/j.foodres.2023.112597
49. Yang Q., Huang X., Zhao S., et al. Structure and function of the fecal microbiota in diarrheic neonatal piglets // Frontiers in microbiology. 2017. Vol. 8. P. 502. doi:10.3389/fmicb.2017.00502
50. Liao S.F., Ji F., Fan P., Denryter K. Swine Gastrointestinal Microbiota and the Effects of Dietary Amino Acids on Its Composition and Metabolism // International Journal of Molecular Sciences. 2024. Vol. 25, N 2. P. 1237. doi:10.3390/ijms25021237
51. Грязнова М. В., Смирнова Ю. Д., Буракова И. Ю., и др. Анализ генов ферментов метаболических путей в кишечнике новорожденных поросят при диарее // Ветеринарный Фармакологический Вестник. 2023. № 4. C. 163-174. doi: 10.17238/issn2541-8203.2023.4.163
52. Yang H., Huang X., Fang S., et al. Uncovering the composition of microbial community structure and metagenomics among three gut locations in pigs with distinct fatness // Scientific reports. 2016. Vol. 6, N 1. P. 27427. doi:10.1038/srep27427
53. Thacker, P.A. Alternatives to antibiotics as growth promoters for use in swine production: A review // Journal of animal science and biotechnology. 2013. Vol. 4. P. 1-12. doi: 10.1186/2049-1891-4-35
54. Li, J. Current status and prospects for in-feed antibiotics in the different stages of pork production—A review // /Asian-Australasian journal of animal sciences. 2017. Vol. 30, N 12. P. 1667-1673. doi: 10.5713/ajas.17.0418
55. Lekagul A., Tangcharoensathien V., Yeung S. Patterns of antibiotic use in global pig production: a systematic review // Veterinary and animal science. 2019. Vol. 7. P. 100058. doi:10.1016/j.vas.2019.100058
56. Munk P., Yang D., Röder T., et al. The European livestock resistome // Msystems. 2024. Vol. 9, N 4. P. e01328-23. doi:10.1128/msystems.01328-23
57. Forcina G. Pérez-Pardal L., Carvalheira J., Beja-Pereira A. Gut microbiome studies in livestock: achievements, challenges, and perspectives // Animals. 2022. Vol. 12, N. 23. P. 3375. doi:10.3390/ani12233375
58. Keum G.B., Kim E.S, Cho J., et al. Analysis of antibiotic resistance genes in pig feces during the weaning transition using whole metagenome shotgun sequencing // Journal of Animal Science and Technology. 2023. Vol. 65, N 1. P. 175. doi:10.5187/jast.2022.e103
59. Wang Y., Hu Y., Liu F., et al. Integrated metagenomic and metatranscriptomic profiling reveals differentially expressed resistomes in human, chicken, and pig gut microbiomes // Environment international. 2020. Vol. 138. P. 105649. doi:10.1016/j.envint.2020.10564
60. Wang C., Dong D., Strong P.J., et al. Microbial phylogeny determines transcriptional response of resistome to dynamic composting processes // Microbiome. 2017. Vol. 5. P. 1-15. doi:10.1186/s40168-017-0324-0
61. Neher T.P. Soupir M.L., Andersen D.S., et al. Comparison of antibiotic resistance genes in swine manure storage pits of Iowa, USA // Frontiers in Antibiotics. 2023. Vol. 2. P. 1116785. doi:10.3389/frabi.2023.1116785
62. Michaelis C., Grohmann E. Horizontal gene transfer of antibiotic resistance genes in biofilms // Antibiotics. 2023. Vol. 12, N 2. P. 328. doi:10.3390/antibiotics12020328
63. Wang N., Guo X., Yan Z., et al. A Comprehensive Analysis on Spread and Distribution Characteristic of Antibiotic Resistance Genes in Livestock Farms of Southeastern China // PLoS One. 2016. Vol. 11, N 7. P. e0156889. doi:10.1371/journal.pone.0156889
64. Zalewska M., Błażejewska A., Czapko A., Popowska M. Pig manure treatment strategies for mitigating the spread of antibiotic resistance // Scientific Reports. 2023. Vol. 13, N 1. P. 11999. doi:10.1038/s41598-023-39204-4
65. Wang C., Dong D., Strong P.J., et al. Microbial phylogeny determines transcriptional response of resistome to dynamic composting processes // Microbiome. 2017. Vol. 5, N 1. P. 103. doi:10.1186/s40168-017-0324-0
66. Selvam A., Xu D., Zhao Z., Wong J.W. Fate of tetracycline, sulfonamide and fluoroquinolone resistance genes and the changes in bacterial diversity during composting of swine manure // Bioresource Technology. 2012. Vol. 126. P. 383-390. doi:10.1016/j.biortech.2012.03.045
67. Scicchitano D., Leuzzi D., Babbi G., et al. Dispersion of antimicrobial resistant bacteria in pig farms and in the surrounding environment // Animal Microbiome. 2024. Vol. 6, N 1. P. 17. doi: 10.1186/s42523-024-00305-8
68. Донник И.М., Исаева А.Г., Быкова О.А., и др. Динамика антибиотикочувствительности штаммов Enterococcus faecium на молочно-товарных фермах в районах с разным уровнем загрязнения агробиоценозов // Ветеринария Кубани. 2019. № 1. С. 7-10. doi: 10.33861/2071-8020-2019-1-7-10
69. Кривоногова А.С., Моисеева К.В., Лысова Я.Ю. Антибиотикочувствительность микрофлоры крупного рогатого скота в районах с техногенным загрязнением // Вопросы нормативно-правового регулирования в ветеринарии. 2017. № 3. С. 159-161.
70. Сыромятников М.Ю., Шабунин С.В., Нестерова Е.Ю., и др. Распространенность генов антибиотикорезистентности бактерий у свиней в период откорма (Sus scrofa domesticus) // Ученые записки учреждения образования "Витебская ордена "Знак Почета" государственная академия ветеринарной медицины". 2023. Т. 59. № 4. С. 96-101. doi: 10.52368/2078-0109-2023-59-4-96-101
71. Сыромятников М.Ю., Шабунин С.В., Нестерова Е.Ю., и др. Оценка относительного содержания генов антибиотикорезистентности бактерий в кишечнике поросят (Sus scrofa domesticus) в раннем неонатальном периоде // Ученые записки учреждения образования "Витебская ордена "Знак Почета" государственная академия ветеринарной медицины". 2023. Т. 59. № 4. С. 89-95. doi: 10.52368/2078-0109-2023-59-4-89-95
72. Сыромятников М.Ю., Шабунин С.В., Нестерова Е.Ю., и др. Анализ генов антибиотикорезистентности Escherichia coli из кишечника поросят с диареей // Ученые записки учреждения образования Витебская ордена Знак почета государственная академия ветеринарной медицины. 2024. Т. 60. № 2. С. 95-100. doi: 10.52368/2078-0109-2024-60-2-95-100
