Під час процесу травлення корови виробляють значну кількість метану, потужного парникового газу. Кожна тварина випускає приблизно 90 кілограмів на рік, що робить худобу значним внеском у глобальне потепління. Десятиліттями скорочення викидів метану великою рогатою худобою без шкоди для продуктивності залишалося головною проблемою для вчених і фермерів. Останні дослідження свідчать про прорив: додавання червоних водоростей до їжі різко зменшує вироблення метану. Однак основні мікробні механізми не були добре вивчені.
Спільне дослідження вчених з Каліфорнійського університету в Девісі, Каліфорнійського університету в Берклі та Інституту інноваційного геному (IGI) тепер проливає світло на як червоні водорості змінюють кишкову мікробіоту, визначаючи ключові мікроби, які сприяють зменшенню метану. Ці знання наближають дослідників до розробки кишкових мікробів для довгострокових, стійких рішень, відходячи від залежності від добавок водоростей.
Водорості змінюють кишечник корови
Попередні дослідження показали, що червоні водорості (рід Asparagopsis ) блокують важливий фермент у мікробів, що виробляють метан. Нові дослідження показують, що водорості викликають специфічну активацію та дезактивацію генів у цих мікробів, що вказує на їхню критичну роль у зниженні викидів метану. Коли ці гени вмикаються та вимикаються, рівень водню в кишечнику корови ненадовго підвищується.
Важливо, що команда ідентифікувала бактерію рубця, Duodenibacillus, яка може споживати надлишок водню. Це важливо, оскільки високий рівень водню може спричинити ацидоз у рубці, завдаючи шкоди тварині. Duodenibacillus перетворює водень на сукцинат, сполуку, яку корова може використовувати для виробництва білка.
«Це важливо, тому що занадто багато водню може призвести до ацидозу в рубці, що може завдати шкоди тварині», — сказав Маттіас Гесс, керівник проекту та мікробіолог з Каліфорнійського університету в Девісі. «Замість цього цей організм використовує водень і перетворює його на сукцинат, сполуку, яку тварина може зрештою використовувати для виробництва білка».
Розробка мікробів, які зменшують викиди метану
Ці відкриття відкривають двері для розвитку мікробних спільнот, які перевершують виробників метану. Розуміючи, як функціонує Duodenibacillus, вчені можуть потенційно маніпулювати мікробіотою рубця для підвищення ефективності.
«Водень є ключовим джерелом енергії в рубці, особливо для мікробів, що виробляють метан», — сказав Спенсер Даймонд, головний дослідник IGI. «Це дослідження допомагає нам краще зрозуміти, як інші мікроби, які природним чином зустрічаються в рубці, можуть забирати цей водень у метаногенів і направляти його до бактерій, які можуть підвищити ефективність тварин».
Експериментальні результати
Дослідники проаналізували рубцеву рідину восьми корів: чотири були на звичайному раціоні і чотири годувалися водоростями протягом 14 днів. Корови, яких годували водоростями, зменшили викиди метану на 60%, збільшили виробництво водню на 367% і підвищили ефективність корму до 74%.
Команда також реконструювала геном Duodenibacillus, бактерії, яку раніше не виділяли в лабораторії. Цей повний генетичний код дає уявлення про його роль у споживанні водню, конкурентну динаміку з іншими мікробами та його більш широку функцію в рубці. Ведеться робота з виділення Duodenibacillus для подальшого вивчення.
Це дослідження показує, що маніпулювання кишковою мікробіотою є життєздатним шляхом до зменшення викидів метану від великої рогатої худоби. Створюючи мікробні спільноти, які ефективно споживають водень, вчені можуть створити більш стійкі та екологічно чисті системи тваринництва.
