Гидрогель на основе молекул крахмала поможет лечить кишечные расстройства у телят

Новосибирские ученые разработали гидрогель на основе молекул крахмала, который можно использовать для доставки пробиотиков в кишечник телят. Специальная таблетка при попадании в кишечник разбухает и медленно высвобождает полезные микроорганизмы.


Эксперименты выявили, что предложенный препарат эффективнее обычной суспензии бактерий борется с болезнетворным грибком кандидой и расстройствами пищеварения у животных. Разработка поможет повысить эффективность пробиотиков в животноводстве и поддерживать здоровье крупного рогатого скота, сообщили в пресс-службе Российского научного фонда.

Животноводческие фермы сталкиваются со значительными убытками из-за желудочно-кишечных заболеваний у скота. Больные животные теряют в весе, производят меньше молока или вовсе гибнут. Особенно уязвимы телята в первые месяцы жизни, когда микрофлора их кишечника только формируется. Если на фермах обнаруживают признаки кишечных инфекций у скота, животным начинают давать антибиотики. При чрезмерном использовании эти препараты разрушают полезную микрофлору и способствуют появлению устойчивых к лекарствам бактерий. Более безопасной альтернативой антибиотикам могут служить пробиотики — препараты на основе полезных микроорганизмов, которые «соперничают» с болезнетворными бактериями и грибками в кишечнике и подавляют их рост.

Прежде чем пробиотический препарат попадет в кишечник, он проходит через желудок с агрессивной кислой средой, в которой не все бактерии могут выжить. Кроме того, полезные микробы сталкиваются с конкуренцией со стороны уже обитающих в кишечнике микроорганизмов и не всегда могут закрепиться на его стенках. Все это снижает эффективность пробиотиков, поэтому ученые стремятся создать материалы-носители, способные защитить полезные бактерии в пути через желудок и высвободить их в нужном месте.

Исследователи из Новосибирского государственного технического университета (Новосибирск), Сибирского государственного университета инженерии и биотехнологий (Новосибирск) и Института химии твердого тела и механохимии СО РАН (Новосибирск) разработали такой материал из обычного картофельного крахмала. Авторы химически модифицировали это вещество, присоединив к нему фосфатные группы. Это позволило крахмалу хорошо впитывать воду и при увлажнении превращаться в гель — удобный носитель для доставки бактерий в кишечник.

Затем модифицированный крахмал смешали с пищевым агаром и суспензией сенной палочки Bacillus subtilis (распространенного в животноводстве пробиотика) и высушили. Так получились таблетки, каждая из которых содержала около восьми миллиардов бактериальных клеток.

Исследователи проверили, как ведет себя гидрогель на основе крахмала в условиях, имитирующих пищеварительный тракт теленка. Для этого таблетки помещали в растворы с разной кислотностью, соответствующей разным отделам желудочно-кишечного тракта. Оказалось, что в кислой среде желудка крахмальная матрица почти не выпускает бактерии, надежно удерживая их внутри и защищая от разрушения, а в нейтральной, характерной для кишечника, медленно их высвобождает.

Ученые также протестировали разработку на животных — 20 телятах, имеющих признаки неинфекционной диареи. Животных разделили на три группы: первая была контрольной и не получала лечение, вторая в течение 12 дней получала пробиотик в жидкой форме (в виде суспензии), а третья — в виде гидрогелевых таблеток. 

К окончанию эксперимента у телят, получавших пробиотик в обеих формах (в суспензии и гидрогеле), заметно улучшилась консистенция фекалий по сравнению с контрольными животными. Кроме того, у животных из этих групп в фекалиях уменьшилось количество болезнетворного грибка кандиды, вызывающего кишечные расстройства. При этом гидрогелевый носитель обеспечил более длительное сохранение бактерий в кишечнике, чем пробиотик в виде суспензии. Так, спустя две недели эксперимента у животных, получивших гидрогель, в кишечнике осталось на 73% больше сенной палочки, чем у телят, получивших суспензию.

«Полученные результаты подтвердили, что крахмальный носитель защищает полезные бактерии и продлевает время их присутствия в кишечнике. Для ветеринарии это открывает путь к созданию удобных форм пробиотиков, которые можно давать реже, чем суспензии, а значит, снизить затраты на лечение животных и уменьшить неблагоприятные эффекты от применения антибиотиков. В перспективе такие носители помогут сделать лечение кишечных расстройств у крупного рогатого скота более эффективным и безопасным. В дальнейшем мы планируем создать комплексный препарат, включающий не только бактерии, но и вспомогательные вещества, и провести серию экспериментов на различных видах сельскохозяйственных животных. Результатом станет кормовая добавка с комплексным подходом и выраженным терапевтическим эффектом», — рассказала руководитель проекта Виктория Бец, директор научно-образовательного центра «Технологии биополимеров» НГТУ НЭТИ.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Dairy.