Сокращение использования антибиотиков при получении спермы хряков для ИО

Антибиотики применяют не только инъекционно, с кормами или питьевой водой. Они также используются для обеспечения высокого качества спермы для нужд искусственного осеменения (ИО). В современных программах ограничения применения антибиотиков стоит рассмотреть альтернативные методы поддержания ее качества и борьбы с загрязняющими сперму бактериальными патогенами.

Искусственное осеменение – одна из наиболее распространенных и эффективных биотехнологий в свиноводстве во всем мире. Ввод антибиотиков в разбавители спермы, нужные для сохранения ее оплодотворяющей способности, — стандартная процедура по предотвращению роста бактерий в полученном материале в период хранения. Тем не менее, интенсивные системы свиноводства требуют стратегий устойчивого развития с учетом глобальных благополучия животных и здоровья человека. Прогнозируется, что к 2030 г. общемировое использование противомикробных препаратов (как для людей, так и для сельскохозяйственных животных) увеличится до 236 757 т в год. В результате развития резистентности патогенов к антибиотикам свиноводческая отрасль ищет стратегии по их сокращению или замене в разбавителях спермы без ущерба для качества.

Использование жидкой свежеотобранной спермы предпочтительнее из-за большей эффективности по сравнению с замороженной. Разбавители применяются для обеспечения питательных веществ и как источник энергии для метаболизма, термозащиты сперматозоидов, стабилизации мембран при низких температурах, буферизации pH. Разбавители делятся на три основные группы:

В среднем эякулят хряка содержит 103-105 КОЕ/мл бактерий. Из-за риска потери качества по причине холодового шока сперму хряков обычно хранят при температуре 16-18 °C, поэтому дозы семени для ИО требуют антимикробных добавок для предотвращения роста бактерий. Бактерии колонизируют репродуктивную систему хряков и переходят в сперму во время эякуляции. Поэтому чистота окружающей среды и частая смена подстилки при содержании животных – ключевые факторы снижения степени загрязнения. Загрязнение семени после сбора может произойти и во время обработки в лаборатории.

Бактерии в сперме конкурируют со сперматозоидами за питательные вещества, производят побочные продукты и токсины, тем самым сокращая срок годности доз спермы. Активный рост популяций бактерий в дозах семени для ИО вызывает снижение их качества, ухудшение плодовитости, связан с передачей патогенов свиноматкам. Разбавители спермы содержат питательные вещества для сперматозоидов, но это благоприятная среда и для размножения бактерий.

Вместо применения традиционных антибиотиков для сохранения спермы хряков можно использовать несколько альтернативных методов. Один из них – ввод заменителей противомикробных веществ, например, миелоидных противомикробных пептидов, которые почти не снижают жизнеспособность сперматозоидов и уменьшают бактериальную нагрузку. Катионные антимикробные пептиды – второй кандидат на замену антибиотиков при сохранении спермы. Короткие антимикробные липопептиды – третья группа, проявляющая активность в отношении ряда бактерий: Trueperella pyogenes, Alcaligenes faecalis, Pseudomonas aeruginosa, Pasteurella spp., Providencia stuartii, Escherichia coli, Streptococcus porcinus. Интересно и добавление к собранной сперме биоактивных микроводорослей, не обладающих антимикробной активностью широкого спектра, но эффективных в борьбе против некоторых видов бактерий в сочетании с антибиотиками или другими противомикробными веществами.

Кроме того, рациональный подход — механическое удаление бактерий с помощью центрифугирования и микрофильтрации, при этом сперматозоиды отделяются от бактериальных загрязнений сразу после сбора. На эффективность удаления бактерий при этом влияют их вид и время между сбором спермы и проведением обработки.

Еще один альтернативный метод — хранение спермы без антибиотиков при пониженной температуре для достижения бактериостаза. Исследования показывают, что сохраняемые в разбавителе без антибиотиков сперматозоиды при 5 °C сохраняют высокую подвижность, целостность мембран и низкий индекс фрагментации ДНК в течение 72 часов. Гипотермическое хранение семени не оказывает негативного влияния на показатели плодовитости и снижает бактериальную нагрузку доз спермы для ИО по сравнению с образцами, хранящимися при 17 °C.

Бактериоцины — гетерогенная группа биоактивных бактериальных пептидов, т.е. белков с антимикробной активностью в отношении других бактерий. Добавление их к консервируемой сперме снижает численность E. coli.

Использование разбавителей спермы, не содержащих антибиотиков, но обладающих собственной антимикробной активностью, например, раствора Белтсвилля, позволяет сократить использование антибиотиков без ущерба для качества.

Добавление наночастиц оксида железа в сперму хряков оказывает некоторое антибактериальное действие без отрицательного влияния на характеристики спермы. Сочетание наночастиц серебра и оксида железа дает больший антибактериальный эффект, однако возможна более высокая сперматотоксичность. Также известно, что наночастицы селена и цинка улучшают целостность мембран сперматозоидов. Наконец, наночастицы хитозана взаимодействуют с мембранами бактериальных клеток, вызывая лизис, а этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) увеличивает проницаемость клеточной стенки бактерий. Комбинация хитозана и ЭДТА оказывает бактериостатическое действие без снижения качества спермы.

Активное использование ИО и необходимость обеспечения высокой продуктивности животных требуют выпуска экономичных в применении доз спермы с высокой оплодотворяющей способностью от генетически ценных хряков. Чтобы уменьшить дозу спермы, необходимую для эффективного осеменения свиноматки, необходимо обеспечить щадящую обработку, транспортировку и хранение семени, а также установить эффективный контроль качества. Летний тепловой стресс отрицательно сказываются на показателях воспроизводства, поэтому для снижения сезонных нарушений репродукции рекомендуются генетические, управленческие и фармакологические подходы. Сексированное семя используется для производства поросят желаемого пола, однако требуются дополнительные опыты по оптимизации конструкции катетеров для внутрицервикального ИО и ввода небольшой дозы сексированного семени.

Во время сбора и обработки спермы бактерии попадают в эякулят и снижают качество семени и показатели воспроизводства. Добавление антибиотиков в разбавители снижает бактериальную нагрузку, но способствует развитию устойчивости бактерий к антибиотикам. Следовательно, для сохранения спермы хряков необходимы альтернативные методы замены традиционных антимикробных средств. Важно также согласовывать результаты исследований с экономикой в области ИО, чтобы способствовать экономическому росту отрасли свиноводства.