Probiotics/Prebiotics có khả năng điều chỉnh sự cân bằng và hoạt động của vi sinh trong đường tiêu hóa, và do đó được xem như có lợi cho vật chủ và đã được sử dụng như thực phẩm chức năng. Nhiều nhân tố, như khẩu phần và chăm sóc nuôi dưỡng, đã cho thấy ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc và hoạt động của hệ vi sinh vật đường ruột ở vật nuôi. Các nghiên cứu trước đây cho thấy tiềm năng của probiotics và prebiotics trong dinh dưỡng gia súc, gia cầm; tuy nhiên, hiệu quả của chúng thường biến động và không chắc chắn, có thể một phần bởi vì cơ năng của hệ vi sinh đường ruột không được xem xét. Trong trường hợp stress, bổ sung trực tiếp vi sinh vật có thể được áp dụng để hạn chế nguy cơ ỉa chảy nghiêm trọng gây ra bởi sự bất ổn của môi trường bình thường của đường ruột. Ích lợi của việc bổ sung prebiotics có thể là nhỏ ở bê khỏe mạnh, ở nó hệ vi sinh đường ruột ổn định. Tuy nhiên, các chủng vi sinh probiotic được sử dụng với mục đích cải thiện hiệu quả của dạ cỏ bằng cách thay đổi phương thức lên men vi sinh vật. Tổng quan này chủ yếu tập trung vào lợi ích của việc bổ sung probiotics/prebiotics đến hệ vi sinh vật dạ cỏ, việc này ảnh hưởng sâu sắc đến dinh dưỡng và sức khỏe vật nuôi.
LỜI NÓI ĐẦU
Hệ vi sinh vật đường ruột gồm có ít nhất hơn một nghìn chủng khác nhau trong đường ruột của người (Dave và cs., 2012; Zoetendal và cs., 2008), có ảnh hưởng đến hiệu quả năng lượng của vật chủ, bao gồm năng lượng ăn vào, vận chuyển, chuyển hóa và dự trữ. Ở gia súc nhai lại, một lượng lớn năng lượng chuyển hóa từ polysaccharides thức ăn không thể được tiêu hóa bởi vật chủ do chức năng của hệ vi sinh trong dạ cỏ; tuy nhiên, quá trình này phụ thuộc vào cơ cấu hệ vi sinh vật cư trú trong dạ cỏ. Các nhân tố ngẫu nhiên và môi trường như thành phần khẩu phần, hoạt động cho ăn, và quản lý chăm sóc cho thấy đã ảnh hưởng đáng kể đến thành phần và chức năng của hệ vi sinh vật trong vật nuôi (Zoetendal và cs., 2004).
Phần lớn hệ vi sinh vật đường ruột được chia thành hai ngành vi sinh, Bacteroidetes và Firmicutes (Abnous và cs., 2009; Karlsson và cs., 2011; Uyeno và cs., 2008). Nói cách khác, ngành khác nhau có các tổ/nhóm trong mỗi hệ vi sinh, phụ thuộc vào loài vật nuôi. Do đó, hệ vi sinh vật đường ruột là đặc trưng riêng giữa các loài vật nuôi, các loài vật nuôi cần hệ vi sinh khác nhau để chuyển hóa hiệu quả thức ăn của chúng thành năng lượng. Nhóm vi sinh vật đường ruột chủ yếu ở bò đã được xác định là nhóm được định rõ (chủ yếu là chi hoặc giống) chiếm tới 90% của toàn bộ hệ vi sinh (Uyeno và cs., 2010a; Uyeno và cs., 2010b). Tuy nhiên, một phần nhất định của hệ vi sinh vật đường ruột vẫn chưa được xác định do không thể biết hết cấu trúc hệ vi sinh trong hệ sinh thái đường ruột bởi vì nhiều trình tự của gene 16S rRNA phát hiện trong mẫu phân có nguồn gốc từ những loại chưa biết (có nghĩa là chưa được phát hiện trước đó trong hệ vi sinh vật đường ruột) (Favier và cs., 2002). Trong khi hệ sinh thái đường ruột (đặc biệt ở người) được biết đến là có tỷ lệ vi sinh vật đã được nuôi cấy (Dewi Puspita và cs., 2012), các nghiên cứu tiến hành thêm là cần thiết để khám phá thêm hệ vi sinh chưa được biết đến đang tồn tại rộng khắp trong hệ đường ruột.
Khái niệm “probiotics” được định nghĩa bởi FAO/WHO là “các vi sinh vật khi được cung cấp với số lượng đủ lớn sẽ mang lại lợi ích về sức khỏe cho vật chủ” (Fuller, 1989). Một vài chủng vi khuẩn acid lactic (LAB), các loài thuộc chủng Lactobacillus, Bifidobacterium, và Enterococcus, được xem như có lợi cho vật chủ và do đó được coi như probiotics và đã được bổ sung vào một vài thực phẩm chức năng. Probiotics có khả năng tăng cường sức khỏe của đường ruột bằng cách kích thích sự phát triển của hệ vi sinh khỏe mạnh (chiếm ưu thế bởi vi khuẩn có lợi), hạn chế mầm bệnh từ đường ruột, tăng khả năng tiêu hóa, giảm pH, và tăng khả năng miễn dịch niêm mạc ruột. Điều quan trọng của việc bổ sung vi sinh là không làm xáo trộn quần thể vi sinh vật đã có trong hệ tiêu hóa, hệ vi sinh này đã thích nghi với môi trường đó để hoạt động và sinh tồn với vật chủ. Hơn nữa, có một số yêu cầu với vi khuẩn có lợi để thích nghi với đường ruột của một loài vật nuôi, ví dụ, chịu được với acid mật và thích ứng với niêm mạc ruột và glycoproteins. Tình trạng trong dạ cỏ tương tự, vi sinh vật bổ sung phải tìm thấy nơi phù hợp để tồn tại, như là biểu mô, dịch dạ cỏ, hoặc thức ăn thô, và cố gắng ảnh hưởng đến sức khỏe của vật chủ, như là loại bỏ các phân tử độc hại và tiêu hóa các carbohydrates mạch dài.
Prebiotics là các thành phần thức ăn không thể tiêu hóa được, khi được đưa vào vật chủ với số lượng đủ lớn, sẽ kích thích có chọn lọc sự phát triển hoặc hoạt động của một hoặc một số lượng hạn chế vi sinh vật trong đường ruột. Tác động của việc bổ sung probiotics bằng cách uống (trong trường hợp này, gọi là cộng sinh) và vi khuẩn nội tại có lợi trong đường ruột có thể tăng lên bằng cách phối hợp với prebiotics (Gibson và cs., 2004). Prebiotics được sử dụng phổ biến nhất để tăng hiệu quả sức khỏe là carbohydrate substrates, như là oligosaccharides hoặc xơ ăn được có tỷ lệ tiêu hóa thấp.
Nghiên cứu về probiotics và prebiotics đã phát triển khi sự hợp tác phát triển nghiên cứu chủ yếu giữa lĩnh vực thức ăn thực phẩm và thuốc, dược phẩm. Cũng có một số nghiên cứu ứng dụng cho bò; tuy nhiên, một vài nghiên cứu thảo luận kết hợp với động lực vốn có của vi sinh vật. Bài tổng quan này khám phá việc sử dụng tốt hơn probiotics và prebiotics để cải thiện năng suất gia súc nhai lại bằng cách thảo luận tác động có thể của việc bổ sung probiotics và prebiotics đến hệ vi sinh vật đặc trưng trong đường ruột gia súc nhai lại.
NỘI DUNG
Cấu trúc hệ vi sinh vật đường ruột ở bò
Gia súc nhai lại mới sinh đặc trưng ở chỗ, khi sinh, chúng là hai loại động vật khác nhau về mặt sinh lý và chức năng khi xem xét hệ tiêu hóa (Heinrichs và Lesmeister, 2005). Đường ruột của bê mới sinh là vô trùng, và sự xâm chiếm của vi sinh vật vào đường ruột bắt đầu ngay sau khi sinh. Sau đó, hệ vi sinh phức tạp và mạnh mẽ với mật độ dày đặc vi sinh vật sống được thiết lập ở ruột lớn khi vật nuôi phát triển cho đến trưởng thành (Stewart và cs., 1988). Đánh giá bằng phương pháp phân tích phân tử hệ vi sinh đường ruột của bê cho thấy hệ vi sinh thay đổi mạnh mẽ trong 12 tuần đầu của con vật sau khi sinh (Uyeno và cs., 2010a). Ví dụ, nhóm vi sinh vật được tìm thấy khi gia súc còn rất non (ít hơn 3 tuần tuổi) là nhóm vi khuẩn được tìm thấy chủ yếu ở phân của người (Bacteroides Prevotella, nhóm Clostridium coccoides-Eubacterium rectale, Faecali bacterium, và Atopobium) (Harmsen và cs., 2002; Sghir và cs., 2000; Uyeno và cs., 2008). Nhóm Bacteroides-Prevotella và C. coccoides-E. rectale chiếm phần lớn hệ vi sinh (khoảng 50-70% trong tổng số) trong suốt 12 tuần đầu sau sinh, trong khi đó số lượng của Atopobium, Faecalibacterium, và một số vi khuẩn probiotics (như chủng Lactobacillus và Bifidobacterium) giảm khi con vật lớn dần. Ví dụ điển hình là, một nhóm vi khuẩn dạ cỏ không nuôi cấy cũng như Ruminococcus flavefaciens và Fibrobacter nổi lên ở mức có thể phát hiện được (1-2%) trong mẫu phân sau khi sinh. Sự thay đổi về quần thể vi sinh vật đường ruột của bê phù hợp với sự phát triển trao đổi chất và sinh lý của đường ruột (Dehority, 2003). Sẽ thảo luận sau, sự biến động và chưa trưởng thành của hệ vi sinh vật đường ruột sẽ phải đối mặt với sự thay đổi đột ngột trong khẩu phần ăn, nó dẫn đến tăng tính mẫn cảm của gia súc non đến sự xâm nhập của mầm bệnh và hậu quả là bệnh ỉa chảy và hô hấp.
Cộng đồng vi khuẩn đường ruột liên quan đến lên men và tiêu hóa các polymer thực vật, điều này đặc biệt quan trọng ở gia súc ăn cỏ trưởng thành. Động vật nhai lại chứa một cộng đồng vi khuẩn đa dạng bao gồm một loạt các vi khuẩn kỵ khí trong dạ cỏ, nó tạo nên một cấu trúc cộng đồng khác từ tập đoàn hiếu khí cho sự tiêu hóa chất xơ (Fathallh Eida và cs., 2012). Các tập đoàn vi sinh đó tương tác lẫn nhau và tham gia vào quá trình tiêu hóa xơ thực vật có hệ thống, xơ thực vật đó được chúng tiêu hóa kỵ khí thành các sản phẩm cuối cùng, lần lượt, được sử dụng như nguồn năng lượng bởi vật chủ (Russell và Rychlik, 2001). Đặc điểm vi sinh, chức năng, và mối quan tâm hiện nay liên quan đến rối loạn chức năng ở hai phần tương ứng (dạ cỏ và phần ruột phía dưới) ở bò được tổng hợp trong Bảng 1. Mặc dù chức năng chính khác nhau giữa các phần, cộng đồng vi khuẩn ở dạ cỏ có thể ảnh hưởng đến cộng đồng vi khuẩn ở ruột non .
Có nhiều tác nhân, ví dụ như khẩu phần ăn và hạn chế trong quản lý, có thể ảnh hưởng mạnh mẽ đến cấu trúc và hoạt động của cộng đồng vi sinh đó, đôi khi dẫn tới ảnh hưởng sức khỏe và khả năng sản xuất của gia súc (Dehority, 2003). Ví dụ, bệnh acid dạ cỏ cấp tính (sub-acute ruminal acidosis – SARA) được thừa nhận rõ ràng là rối loạn chức năng tiêu hóa, nó tiến triển thành vấn đề sức khỏe gia súc. Sự thay đổi cộng đồng vi sinh kết hợp với SARA ở bò sữa đã được kiểm soát bằng cách sử dụng phương pháp chuẩn đoán đa hình đoạn giới hạn đoạn cuối (T-RFLP) của gen 16S rRNA và phương pháp real-time PCR (Khafipour và cs., 2009). Cấu trúc quần thể vi sinh dạ cỏ khác nhau giữa bệnh acid dạ cỏ cấp tính gây ra bởi thức ăn tinh và thức ăn thô được quan sát thấy, thậm trí điều kiện lên men dạ cỏ như nhau. Sự tìm ra phương pháp phân tích T-RFLP cho thấy rằng phần lớn chiếm ưu thế chuyển đổi trong bệnh acid dạ cỏ cấp tính giảm ở số lượng vi khuẩn Bacteroidetes gram âm. Do các phản ứng viêm có thể được quy cho một phần là do lipopolysacarit được giải phóng bởi các tế bào chết của vi khuẩn gram âm (Lettat và cs., 2012; Plaizier và cs., 2012), sự thay đổi quan sát thấy ở số lượng Bacteroidetes đáp ứng với bệnh acid dạ cỏ cấp tính là hợp lý. Tiềm năng vi sinh và các nhân tố sinh lý thúc đẩy bệnh acid dạ cỏ cấp tính bằng cách tăng tính thấm biểu mô của lipopolysacarit chưa được xác định. Hơn nữa, việc lượng mỡ cơ thể tích lũy quá nhiều của bò sữa là nhân tố rủi ro chính cho các vấn đề về quá trình trao đổi chất, nhiễm trùng, tiêu hóa và sinh sản (Schröder và Staufenbiel, 2006). Tuy nhiên, hệ thống lên men hiệu quả trong dạ cỏ bò sữa là đáp ứng hàng đầu cho việc chuyển hóa và tích lũy năng lượng, trong khi đó quần thể vi sinh cư trú ở đó được đóng góp chủ yếu cho sự thu hoạch năng lượng và trao đổi chất ở người (Dave và cs., 2012; Kameyama và Itoh, 2014; Ley và cs., 2006). Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc kiểm soát lên men vi sinh dạ cỏ, mặc dù chức năng dạ cỏ không liên quan trực tiếp đến tích lũy mỡ của cơ thể.
Hiện trạng áp dụng probiotics ở bê
Ở gia súc nhai lại khi còn non, probiotics như LAB hoặc các loài Bacillus thường cư trú ở phần ruột bên dưới và đóng vai trò quan trọng cho việc ổn định quần thể vi sinh vật đường ruột và giảm nguy cơ xâm nhiễm của mầm bệnh. LAB là probitics được biến đến nhiều dùng bổ sung cho bê, và được xem như có thể sử dụng thường xuyên cho việc nuôi dưỡng. Các nghiên cứu trước đây cho thấy ảnh hưởng có lợi của các sản phẩm đó trong việc cân bằng quần thể vi sinh đường ruột cũng như trong dinh dưỡng động vật và sức khỏe (Bảng 2). Ỉa chảy là bệnh chủ yếu và là nguyên nhân gây chết chính ở bê trong giai đoạn đầu đời (Cowles và cs., 2006; Hill và cs., 2005); do đó, ngăn chặn bệnh này là việc quan trọng để thúc đẩy tăng khối lượng của bê (Servin, 2004; Timmerman và cs., 2005). Liệu pháp kháng sinh đã được áp dụng để duy trì tăng khối lượng và chữa trị bệnh ỉa chảy ở bê. Tuy nhiên, vấn đề băn khoăn về an toàn liên quan đến nguy cơ kháng kháng sinh do việc thải kháng sinh ra môi trường và tồn dư trong sản phẩm động vật (Martínez-Vaz và cs., 2014; Yamamoto và cs., 2014), chất bổ sung là probiotics đã được sử dụng như là chất thay thế kháng sinh nhằm tăng cường sức khỏe vật nuôi và cải thiện năng suất (Allen và cs., 2013; Berge và cs., 2009). Mặc dù việc sử dụng probiotics cho vật nuôi liên quan đến hiệu quả ở một số nhóm riêng biệt (mầm bệnh) ở trong hệ vi sinh đường ruột (Gaggìa và cs., 2010; Servin, 2004; Timmerman và cs., 2005), chúng tương tác với toàn bộ cộng đồng vi sinh trong đường ruột như thế nào cho đến nay vẫn chưa được biết rõ ràng. Như đã thảo luận ở trên, số lượng lactobacilli và bifidobacteria cho thấy giảm đi trong hệ vi sinh đường ruột trong những giai đoạn đầu đời của bò (Uyeno và cs., 2010a). Tối ưu hóa việc tiếp nhận vi sinh được xem như có lợi cho việc chăm sóc nuôi dưỡng bê khỏe mạnh bởi vì nó tăng số lượng vi sinh vật có lợi đó. Việc bổ sung vi sinh vật cùng với thức ăn từ khi sinh theo cách phòng bệnh cho phép kết hợp và thiết lập các chủng probiotic cùng với vi sinh vật có lợi của bê. Hơn nữa, sự có mặt sớm của LAB trong hệ sinh thái đường ruột có thể làm giảm sự xâm nhập của vi khuẩn gây bệnh vào niêm mạc đường ruột (Isolauri và cs., 2001). Việc bổ sung ổn định các loài Lactobacillus cho thấy giúp cải thiện tăng khối lượng và hạn chế suy giảm miễn dịch ở bê (Al-Saiady, 2010); tuy nhiên, một số nghiên cứu cho thấy hiệu quả sử dụng không rõ ràng (Bảng 2). Hiệu quả của các chủng probiotics có thể thay đổi tùy theo điều kiện chăn nuôi có tốt hay không bởi vì, trong các nghiên cứu trước đây, ảnh hưởng của probiotics là đáng kể khi bê trong nhóm đối chứng (không bổ sung probiotics) ít khỏe mạnh hơn, được phát hiện qua việc ỉa chảy hoặc nhiệt độ trực tràng (Bayatkouhsar và cs., 2013; Timmerman và cs., 2005). Trong điều kiện stress, bổ sung cho ăn trực tiếp vi sinh vật có lợi có thể được áp dụng để giảm nguy cơ hoặc việc ỉa chảy nghiêm trọng gây ra bởi việc phá vỡ tính ổn định trong môi trường đường ruột. Việc hiểu rõ hơn làm sao các nhóm lactobacilli và bifidobacteria ức chế được vi khuẩn gây bệnh, bằng cách đối kháng chống lại tác nhân gây bệnh và / hoặc điều chỉnh các phản ứng miễn dịch đối với nhiễm trùng là cần thiết (Al-Saiady, 2010; Servin, 2004).
Hiện trạng áp dụng prebiotics ở bê
Một vài loại oligosaccharides (cacbonhydrat mạch dài) được đề xuất có chức năng cụ thể ở bê. Mannan oligosaccharides (MOS) là đường đa mannose, được xem như ngăn chặn sự xâm nhập của vi khẩn gây bệnh trong đường ruột. Một nghiên cứu trước đây cho thấy việc chuyển fructooligosaccharides (FOS) kết hợp với huyết thanh bò phun sấy khô cho bê giúp giảm nguy cơ và mức độ nghiêm trọng của việc xâm nhập bệnh (Quigley và cs., 2002). Nó đã cho thấy rằng đường này hạn chế sự xâm nhập của Enterobacteriaceae, đáng chú ý nhất là Escherichia coli và Salmonella, vào biểu mô ruột (Benyacoub và cs., 2008; Hartemink và cs., 1997). Galactosyl-lactose (GL) là một trisaccharide (galactose cộng với lactose), chất này được tạo thành bằng cách xử lý enzyme của váng sữa với betagalactosidase. Bổ sung GL vào sữa thay thế (MR) cải thiện tăng khối lượng và sức khỏe của bê sữa (Quigley và cs., 1997). Bổ sung MOS, FOS, và GL có thể cải thiện tăng khối lượng của bê ở giai đoạn trước và sau cai sữa; tuy nhiên, thay đổi các hoạt động của quá trình lên men vi sinh vật bằng những loại đường này chưa được kiểm tra chi tiết. Thêm vào đó, tương tự như với probiotics, những ích lợi thấy được của prebiotics dường như không đáng kể khi bê khỏe mạnh (Heinrichs và cs., 2009). Như đã trình bày trong Bảng 2, phần lớn prebiotics không thể hiện hiệu quả có lợi rõ ràng (tăng khối lượng, hiệu quả sử dụng thức ăn, hoặc sức khỏe) hơn so với probiotics.
Chúng tôi trước đây đã đánh giá ảnh hưởng của việc bổ sung cellooligosaccharide (CE), nó là sản phẩm oligosaccharide thương mại có sẵn có chứa đường glucose với các liên kết beta-1-4, đến khả năng sản xuất và hệ sinh thái đường ruột ở bê Holstein ăn sữa thay thế hoặc sữa nguyên (Uyeno và cs., 2013). Không có sự khác biệt ở thành phần hệ vi sinh vật trong phân hoặc profiles acid hữu cơ trong nhóm ăn sữa thay thế. Tuy nhiên, việc bổ sung làm thay đổi một cách hiệu quả quần thể vi sinh vật của bê khi bổ sung cùng với sữa nguyên kem bởi vì tỷ lệ của nhóm C. coccoides–E. rectale cao hơn ở nhóm bê được bổ sung sữa nguyên kem. Từ kết quả này, loại thức ăn lỏng (MR hoặc sữa nguyên kem) với bê trước cai sữa có thể chịu trách nhiệm cho sự đáp ứng khác nhau với khẩu phần ăn CE. Tóm lại, bổ sung CE đã không ảnh hưởng đến sự duy trì mật độ của chủng Lactobacillus và Bifidobacterium ở trong phần dạ dày lớn của bê trước cai sữa. CE được xem xét sử dụng bởi các loài vi khuẩn cư trú trong ruột non của bê, dẫn đến làm tăng số lượng vi khuẩn thuộc chủng C. coccoides–E. rectale sản sinh acid butyric (Duncan và cs., 2004; Louis và Flint, 2009). Nồng độ butyrate trong phân cũng cao hơn ở thời điểm đó cùng với giá trị đó như nguồn năng lượng, butyrate cũng liên quan đến sinh trưởng và sự khác nhau của tế bào đường ruột ở dạ dày lớn, do đó cải thiện cấu trúc của biểu mô đường ruột (Pryde và cs., 2002) và làm tăng hiệu quả tiêu hóa và hấp thu, điều này có thể đóng góp cho khả năng vượt trội về thu nhận dinh dưỡng (Neish, 2009). CE được bổ sung với thức ăn lỏng (sữa hoặc MR hoàn nguyên) có thể đi tới phần ruột dưới thông qua ống thông thực quản (Heinrichs và Lesmeister, 2005), và mang lại ảnh hưởng của prebiotic bằng cách sử dụng cơ chế tương tự như ở vật nuôi dạ dày đơn.
Một thí nghiệm in vivo cho thấy rằng bổ sung CE cải thiện tăng khối lượng và hiệu quả sử dụng thức ăn ở bê trong giai đoạn trước cai sữa, nhưng không có tác dụng ở giai đoạn sau cai sữa (Hasunuma và cs., 2011). Việc này có thể chủ yếu do tăng khả năng lên men dạ cỏ như propionate và lượng tổng acid béo bay hơi mạnh ngắn (SCFA) tăng lên, điều này cho thấy rằng CE đã ảnh hưởng phương thức lên men bằng cách cung cấp các nguồn năng lượng và các bon (Lila và cs., 2006). Sau cai sữa, thức ăn dạng rắn đi vào dạ cỏ và sau đó được vi sinh vật xử lý. CE dạ cỏ có thể cuối cùng trở thành nguồn dinh dưỡng cho các loại vi sinh khác nhau trong dạ cỏ. Với ngoại lệ là vật nuôi loài dạ cỏ còn rất nhỏ, prebiotic bổ sung qua đường uống cho gia súc nhai lại được sử dụng bởi vi sinh vật dạ cỏ và không thể đi xuống phần ruột phía dưới trừ khi nó được bảo vệ để thoát qua dạ cỏ. Việc bổ sung oligosaccharides cho bê sau cai sữa vẫn có hiệu quả bởi vì sự hình thành cộng đồng vi sinh vật đường ruột (dạ cỏ hoặc ruột non) cần thiết ở bê thông qua việc bổ sung prebiotic có thể cải thiện hơn sự sinh trưởng ở giai đoạn tiếp theo của bê.
Ảnh hưởng của việc bổ sung probiotics/prebiotics đến khả năng sản xuất của bò cái tơ, bò khai thác sữa và bò thịt
Bổ sung probiotics cho gia súc nhai lại trưởng thành chủ yếu được chọn lọc cho cải thiện tiêu hóa xơ bởi vi sinh vật dạ cỏ. Những probiotics như vậy có ảnh hưởng tích cực đến các quá trình tiêu hóa khác nhau, đặc biệt quá trình tiêu hóa cellulose và sinh tổng hợp protein vi sinh vật. Dạng probiotic thường được sử dụng ở bò sữa là các chủng nấm men khác nhau (chủ yếu là Saccharomyces cerevisiae). Liên quan đến vi khuẩn probiotics cho gia súc nhai lại trưởng thành, vi khuẩn sản sinh lactate (Enterococcus, Lactobacillus), nó duy trì acid lactic ở mức ổn định hơn chủng Streptococcus bovis, có thể đại diện cho một phương tiện có thể hạn chế bệnh acid dạ cỏ (Nocek và cs., 2002; Nocek và Kautz, 2006), đặc biệt là bò vỗ béo. Chủng Megasphaella elsdenii hoặc Propionibacterium sử dụng lactate, cũng được dùng bổ sung trực tiếp nhằm tránh hiện tượng tích lũy lactate ở gia súc nhai lại (Ghorbani và cs., 2002; Klieve và cs., 2003; Stein và cs., 2006).
Những ảnh hưởng chắc chắn nhất sau khi bổ sung nuôi cấy men vào khẩu phần bao gồm nâng cao khả năng sản xuất ở cả bò đang khai thác sữa và bò sinh trưởng. Phương thức tác động của men vi sinh không được mô tả một cách chi tiết, nhưng được xem là liên quan đến thay đổi tốc độ và phương thức lên men dạ cỏ. Một số chủng nấm men khô hoạt động đặc biệt hiệu quả trong việc tăng và ổn định pH dạ cỏ bằng cách kích thích các quần thể protozoa nguyên sinh, các quần thể này nhanh chóng tiêu hóa tinh bột và do đó cạnh tranh hiệu quả với nhóm vi sinh vật sản sinh amylolytic lactate (Al-Saiady và cs., 2004; Brossard và cs., 2006; Klieve và cs., 2003; Nocek và Kautz, 2006; Stone, 2004; Thrune và cs., 2009). Môi trường dạ cỏ ít acid cho thấy có lợi cho sự phát triển và hoạt động phân giải xơ của nhóm vi sinh phân giả cllulose (Beauchemin và cs., 2003; Callaway và Martin, 1997; Chung và cs., 2011; Mosoni và cs., 2007). Nấm men cũng có khả năng thay đổi quá trình lên men dạ cỏ theo cách nó giảm sự hình thành khí mêtan (CH4) (Chung và cs., 2011). Trong một nghiên cứu trước đây, nấm men đã làm giảm một chút lượng khí CH4 phát thải ở bò sinh trưởng, trong khi đó SCFA tổng số và các sản phẩm lên men khác không thay đổi (McGinn và cs., 2004). Chủng S. cerevisiae cung cấp nhân tố phát triển cho vi sinh vật dạ cỏ, bao gồm acid hữu cơ và oligosaccharides, vitamin B, các amino acid, chúng kích thích vi sinh vật phát triển trong dạ cỏ, do đó gián tiếp giúp ổn định pH (McDonald và cs., 2011). Một trong những chức năng khác của nấm men trong dạ cỏ là thu lượm oxy, nó góp phần tạo ra môi trường yếm khí hơn, cần thiết cho vi sinh vật dạ cỏ (Dehority, 2003). Trong trường hợp này, nấm men không chỉ có chức năng như probiotic, mà nó còn giúp các cộng đồng vi sinh vật khác phát triển, và do đó đóng vai trò như một loại prebiotic. Ảnh hưởng của hoạt động nấm men khô đến cấu trúc cộng đồng vi sinh vật dạ cỏ đã được xác định bởi phương pháp nhóm (clustering) dựa trên gen 16S rRNA sử dụng phương pháp phân tích gen (Pinloche và cs., 2013). Đánh giá ảnh hưởng của nấm men đến quần thể vi sinh cho thấy rằng một số nhóm vi khuẩn bị ảnh hưởng nhiều hơn so với một số nhóm khác. Sự phát triển hơn của nhóm vi sinh vật sử dụng lactate như Megasphaera và Selenomonas cũng như nhóm phân giải xơ (Fibrobacter và Ruminococcus) tăng lên khi bổ sung nấm men, chứng tỏ sự cải thiện trong hoạt động phân giải xơ như phương thức hoạt động của nấm men.
Các nghiên cứu can thiệp vào quá trình bổ sung nấm men thương mại cho bò sinh trưởng (bò cái và bê) được tổng hợp trong Bảng 2. Một số lượng lớn nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của nấm men đến chăn nuôi bò sữa (sản sinh sữa và tích lũy khối lượng cơ thể) được tổng hợp ở trong 2 nghiên cứu được báo cáo cách đây vài năm, một trong số đó là phân tích tổng hợp và một là bài tổng quan (Desnoyers và cs., 2009; Robinson và Erasmus, 2009). Desnoyers và cộng sự đánh giá ảnh hưởng của bổ sung nấm men đến lượng thức ăn thu nhận, sữa sản xuất, và đặc điểm lên men dạ cỏ bằng cách sử dụng phân tích tổng hợp định lượng. Ảnh hưởng có lợi của việc bổ sung nấm men là làm tăng pH dạ cỏ và giảm acid lactic khi tỷ lệ thức ăn tinh trong khẩu phần tăng lên và khi lượng thức ăn ăn vào tăng lên. Một điều tranh cãi ở đây, ảnh hưởng có lợi của bổ sung nấm men đến tiêu hóa chất hữu cơ tăng lên với tỷ lệ xơ trong khẩu phần, điều này cho thấy có sự cải thiện ở tiêu hóa dạ cỏ bởi bổ sung nấm men.
Bổ sung kết hợp L. acidophilus NP51 và P. freudenreichii NP24 (4 ×109 cfu/gia súc/ngày) giúp tăng 7,6% năng suất sữa hàng ngày ở bò Holstein (Boyd và cs., 2011). Probiotics thương mại có chủng vi khuẩn S. cerevisiae giúp tăng sản lượng sữa 1,18 kg/ngày, mỡ sữa hiệu chỉnh tăng 1,61 kg/ngày, và năng lượng sữa hiệu chỉnh 1,65 kg/ngày (Poppy và cs., 2012). Tương tự, khẩu phần bổ sung S. cerevisiae tăng năng suất mỡ sữa 0,06kg/ngày và protein sữa 0,03 kg/ngày. Chất khô ăn vào tăng 0,62 kg/ngày trong giai đoạn đầu khai thác sữa và 0,78 kg/ngày ở giai đoạn cuối khai thác sữa (Poppy và cs., 2012). Ngược lại, không có sự khác nhau về lượng thức ăn ăn vào, tăng khối lượng cơ thể, năng suất và thành phần sữa khi nấm men được bổ sung vào khẩu phần cơ sở là thân cây kê cho bò sữa lai (Krishnamoorthy và Krishnappa, 1996).
pH dạ cỏ có thể giảm dưới ngưỡng tối ưu sau khi gia súc ăn khẩu phần có tỷ lệ cao tinh bột và/hoặc giảm tỷ lệ xơ trong khẩu phần (Duffield và cs., 2004); acid béo bay hơi mạch ngắn tích tục lại và phá vỡ khả năng cân bằng của dạ cỏ (Plaizier và cs., 2008). Trường hợp được coi là acid dạ cỏ cấp tính khi pH giảm xuống dưới 5,6 và duy trì ở mức từ 5,2 đến 5,6 trong vòng ít nhất 3 giờ trong một ngày (Gozho và cs., 2005). Vấn đề này rất quan trọng liên quan đến khía cạnh kinh tế khi gia súc bị bệnh này sẽ giảm ngon miệng, ỉa chảy, mất nước, suy nhược, giảm nhu động dạ cỏ và tỷ lệ tiêu hóa xơ (Duffield và cs., 2004; Plaizier và cs., 2008). Bệnh acid dạ cỏ do lactic là dạng nghiêm trọng hơn khi pH giảm xuống dưới 5,2 do sự tích tụ lactate (Owens và cs., 1998).
Ở bò thịt, sự ổn định của pH dạ cỏ có thể có hiệu quả khi chúng được ăn khẩu phần dễ lên men, khẩu phần này làm tăng nguy cơ gây bệnh acidosis. các chỉ tiêu sinh trưởng (tăng khối lượng trung bình hàng ngày, khối lượng kết thúc, lượng thức ăn ăn vào, và hiệu quả sử dụng thức ăn) được cải thiện bởi bổ sung nấm men (Chaucheyras-Durand và Durand, 2010), trong khi đó ít hoặc không có sự cải thiện về khả năng sản xuất ở các nghiên cứu khác (Beauchemin và cs., 2003; Uyeno và cs., 2013). Sự khác nhau này có thể do sự khác nhau về thành phần trong quần thể vi sinh dạ cỏ, trong đó các quần thể khác nhau có khả năng thích ứng với pH khác nhau. Ví dụ, vi khuẩn phân giải xơ ít khả năng thích ứng với sự biến đổi pH hơn so với nhóm vi khuẩn phân giải saccharo (Russell và Wilson, 1996).
Mặc dù các nghiên cứu trước đây đã cho biết về hiệu quả của việc bổ sung nấm men, vẫn chưa có bằng chứng thuyết phục về việc bổ sung này ở tất cả các thời điểm, giai đoạn (Chaucheyras-Durand và Durand, 2010). Một điều lưu ý là hiệu quả này biến động nhiều tùy theo loại sản phẩm bổ sung (McGinn và cs., 2004). Tăng về lợi nhuận thường thay đổi, đặc biệt khi tính toán sự tăng lên về giá thành thức ăn khi chi phí giá của việc bổ sung này được đưa vào tính toán. Một số sự khác nhau đó có thể do chủng và loại nấm men sử dụng cũng như các chủng nấm đó còn sống hay đã chết (Lynch và Martin, 2002). Hơn nữa, một số sản phẩm thương mại, số liệu thử nghiệm thường ở điều kiện in vitro và ở gia súc dạ dày đơn hoặc tiểu gia súc nhai lại, điều này thực sự không tương ứng với chăn nuôi bò thịt, bò sữa thực tế.
KẾT LUẬN
Thành phần vi sinh vật đường ruột cho thấy bị thay đổi bởi nhiều yếu tố, bao gồm khẩu phần ăn, tuổi, và stress, cũng như khả năng đáp ứng của cộng đồng vi sinh vật với môi trường (Russell và Rychlik, 2001). Do đó, sức khỏe đường ruột có thể được xác định bởi khả năng duy trì sự cân bằng của hệ sinh thái đường ruột. Mong muốn thay đổi hệ vi sinh có thể bằng cách dùng ảnh hưởng của probiotics và prebiotics, thay vì để tự nó thay đổi. Probiotics và prebiotics đều có tiềm năng lớn đến khả năng sản xuất vật nuôi cũng như sức khỏe con người. Cellooligosaccharide là một ví dụ bởi vì nhiều vi sinh vật dạ cỏ có thể sử dụng nó, nhưng khi sử dụng cho bê trước cai sữa, số lượng của nhóm C. coccoides–E. rectale tăng đáng kể ở phần ruột dưới. Giống như CE, nó có thể trở thành sản phẩm hiệu quả, có thể hoạt động cả ở dạ cỏ và ở phần ruột dưới.
Mặc dù các nghiên cứu đã cho thấy probiotics và prebiotics đã mang lại cân bằng dương trong hệ vi sinh đường ruột của bò, cơ chế và chức năng của hệ vi sinh dạ cỏ cần được nghiên cứu một cách chi tiết. Nghiên cứu thêm về cấu trúc và sự hoạt động của vi sinh vật đường ruột, tương tác chức năng giữa các vi sinh đường ruột, và mối quan hệ giữa vi sinh vật đường ruột và tế bào vật chủ được bảo đảm để xác định khía cách cơ bản của nghiên cứu probiotics/prebiotics trong tương lai.
Cũng cần thêm các nghiên cứu xác định xem probiotics sử dụng trong dinh dưỡng gia súc có đi vào chuỗi thức ăn của con người hay không và chúng ảnh hưởng đến sức khỏe con người như thế nào. Thông tin về các lưu ý cần thiết khi sử dụng probiotics với nhóm đặc biệt dễ tổn thương như người suy giảm miễn dịch, hoặc sử dụng trong các vật chủ như vậy có thể giúp giảm nguy cơ.
Nguyễn Thành Trung
Tạp chí KHCN Chăn nuôi số 104/Viện Chăn nuôi
Nguồn: channuoivietnam.com