Влияние бактериальной контаминации на биологическую полноценность сперматозоидов у хряков

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Продуктивное долголетие свиноматок приводит к росту производства товарной продукции. Однако более половины выбраковываются после первого опороса вследствие нарушения воспроизводительных качеств под воздействием различных факторов, в т. ч. и инфекционных заболеваний. Источником инфицирования свиноматок может служить семенной материал производителей. Имеются данные о взаимосвязи влияния инфекционных агентов на репродуктивный тракт производителей и воспалительные процессы генеративных органов самок, что приводит к снижению показателей воспроизводства. У самцов контаминация микроорганизмами семявыносящих путей напрямую влияет на качество спермопродукции и функции сперматозоидов, что в свою очередь приводит к выработке антител, активных форм кислорода и фрагментации ДНК. Для изучения влияния бактериальной обсемененности на биологическую полноценность сперматозоидов у хряков-­производителей сформировали три группы животных в зависимости от активности сперматозоидов. Для исследования были взяты эякуляты хряков-­производителей (n = 46): крупной белой породы, ландраса и породы дюрок. Возраст производителей составил 18…40 месяцев, период проведения январь — декабрь. Для определения качественных и количественных показателей сперматозоидов использовали программу Argus CASA (ArgusSoft, Санкт-Петербург, Россия) на основе CASA-технологии с применением методов однофакторного анализа. Комплексная оценка эякулятов хряков-­производителей показала наличие дрожжей и дрожжеподобных грибов (плесени) в 44 % исследуемых образцах, в которых общее количество колониеобразующих микроорганизмов составило 4895 ± 37,5 КОЕ/см3, что в 8,1 раза больше по сравнению с образцами без контаминации, при этом доля сперматозоидов с прогрессивно-­подвижным движением ниже на 10 %. В группе с высокой микробной контаминацией (4895 КОЕ/см3) отмечались: ниже в 1,2 раза активность (р < 0,001), выше в 1,7 доля анормальных сперматозоидов (p < 0,001) и в 3,1 раза уровень фрагментации ДНК (p < 0,001). Корреляционный анализ между микробной контаминацией и прогрессивно-­подвижными сперматозоидами показал наличие отрицательной двусторонней корреляции r = –0,51 (p < 0,01) и положительной корреляции с аномальной морфологией r = 0,42 (p < 0,05) и фрагментацией ДНК r = 0,56 (p < 0,01). Установлены репродуктивные показатели хряков-­производителей в группе с высокой бактериальной обсемененностью: оплодотворяющая способность ниже на 23 %, количество абортов выше в 2,3 раза, частота мертворожденных и мумифицированных поросят в помете выше соответственно в 3 и в 2,5 раза.

Полный текст

Введение

Одним из приоритетных направлений развития аграрного сектора для обеспечения продовольственной безопасности России является отрасль свиноводства. По сравнению с предыдущими годами на 5,3 % выросло производство свинины и увеличился в два раза экспорт продукции в страны ЕАЭС. Россия вошла в десятку крупнейших поставщиков свинины на мировой рынок. Основу наращивания и поддержания высоких показателей производства продукции составляют свиноматки и срок их продуктивного использования [1].

Однако, на практике статистический анализ показывает высокую выбраковку свиноматок, до 50 % после первого опороса [1]. К основным причинам выбытия молодых свиноматок относятся заболевания, связанные с высокой продуктивностью, технологией и условиями содержания, а также инфекциями на свинокомплексах. Имеются данные о взаимосвязи влияния инфекционных агентов на репродуктивный тракт производителей и на воспалительные процессы генеративных органов самок, что приводит к снижению показателей воспроизводства [2–4].

Источником воспалительных поражений семявыносящих путей производителей чаще являются микроорганизмы условно-­патогенной группы (G+ и G–), которые напрямую влияют на качество спермы [2, 5–8].

Бактериологический скрининг свежеполученной спермы хряков-­производителей показывает положительный результат на наличие микроорганизмов: Enterococcus spp (20,5 %), грамотрицательной палочки Stenotrophomonas maltophilia (15,4 %), Alcaligenes xylosoxidans (10,3 %), Serratia marcescens (10,3 %), Escherichia coli (6,4 %), синегнойной палочки Pseudomonas spp (6,4 %), Proteus mirabilis (22,2 %) [3, 5, 9].

С одной стороны, условно-­патогенная микрофлора в репродуктивном тракте самца обеспечивает защиту от доступа патогенных микроорганизмов и последующего их проникновения в организм, с другой стороны, при экстремальных условиях число колониеобразующих единиц (КОЕ/мл) увеличивается, условно-­патогенная микрофлора становится патогенной и провоцирует к развитию воспалительных процессов в гениталиях [6]. Существует мнение о влиянии токсина семейства Enterobacteriaceae на характер и скорость движения [10] и морфометрические параметры сперматозоидов (дефекты головки, средней части и жгутика) [11, 12].

Известно о влиянии бактериальной контаминации на качество спермы, но единого мнения о пороговом значении 103 микробных КОЕ/мл в их этиологической значимости воспалительного процесса сформировано не полностью 1 [4, 11, 13].

При пороговом значении контаминации спермы 104 общего микробного показателя отмечается преждевременная акросомная реакция [4, 7], обсеменение грамположительными кокками увеличивает агглютинацию сперматозоидов [7, 11], бактерии оказывают повреждающее действие на митохондрии сперматозоидов и синтез АТФ [7, 8, 14].

Воспаление в репродуктивной системе производителей влияет на ухудшение сперматогенеза и функции сперматозоидов, что в свою очередь приводит выработке антител и активных форм кислорода (АФК) и фрагментации ДНК сперматозоидов [7, 14].

Контаминация спермопродукции микробными ассоциациями и дрожжеподобными грибами чаще всего происходит во время забора спермы у животного (нарушение волосяного покрова, гиперемия препуциальной полости, травмы), неудовлетворительные санитарно-­гигиенических условия в помещении (загрязнение воздуха в случном манеже) [5, 15], а также во время фасовки и хранения спермы при нарушении порядка и режима лаборатории (грязная лабораторная посуда, инструменты, разбавители, небрежная эквилибрация) [3, 9].

Технологические факторы: стресс, переохлаждение, условия содержания и кормления, травмы — также могут привести к снижению резистентности организма производителей и переходу непатогенной и условно-­патогенной микрофлоры в патогенную, обусловливая воспалительные процессы в репродуктивном тракте.

Цель исследования — изучить взаимосвязь между биологической полноценностью сперматозоидов и уровнем контаминации микроорганизмами у хряков-­производителей, приводящих к снижению репродуктивных показателей.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования были хряки-­производители (n = 46) крупной белой породы, ландраса и породы дюрок. Возраст производителей составил 18…40 месяцев. Материалом для исследования были эякуляты, полученные в течение года.

Подвижность и морфологию сперматозоидов определяли в программе Argus CASA (ArgusSoft, Санкт-Петербург, Россия) на основе CASA-технологии. С целью определения фрагментации генетического материала в хроматине использовали метод акридин-­оранжевого теста (АО-тест) и флуоресцентной микроскопии. Для оценки состояния акросом применяли метод дифференциального окрашивания. Микробиологической оценки спермы проводили использованием культурального метода. Определяли общее микробное число (КОЕ/см3).

Для создания первичной базы данных использовали Microsoft Office Excel, для статистической обработки полученных результатов — SPSS Statistics 23. Проводили однофакторный и многофакторный дисперсионные анализы.

Результаты исследования и обсуждение

Комплексная оценка эякулятов хряков-­производителей из племенного хозяйства показала наличие дрожжей и дрожжеподобных грибов (плесени) в 44 % исследуемых образцов.

В группе образцов с высеянными дрожжами и дрожжеподобными грибами наблюдалось увеличение в 8,1 раз общего количества колониеобразующих микроорганизмов (ОМЧ) до 4895 ± 37,5 КОЕ/см3 и снижение на 10 % количества сперматозоидов с прогрессивно-­подвижным движением.

Однофакторный дисперсионный анализ показал влияние микробной контаминации на морфометрические показатели, состояние акросом и активность сперматозоидов в сперме хряков-­производителей, коэффициент F составил 144.

Наше исследование показало взаимосвязь между уровнем микробной контаминации и количеством сперматозоидов с прогрессивно-­подвижным движением в эякуляте. Для этого сформировали три группы в зависимости от активности сперматозоидов: I группа — менее 77 %, II — от менее 78 % до более 84 % и III — более 85 % (табл. 1).

Таблица 1 Однофакторный анализ качества спермы хряков-­производителей в зависимости от общего микробного числа ОМЧ, КОЕ/см3

Показатели

Содержание прогрессивно-­подвижных сперматозоидов (PR)
по группам

I группа

(менее 77 %)

(n = 8)

II группа

(от < 78 до > 84 %)

(n = 17)

III группа

(более 85 %)

(n = 21)

ОМЧ, КОЕ/см3

4895,4 ± 333b; c

620,0 ± 41,1a; c

587,5 ± 32,4

Прогрессивно-­подвижные PR, %

74,8 ± 1,4b; c

80,67 ± 1,3a; c

87,8 ± 1,6

Анормальная морфология, %

16,5 ± 0,8b; c

9,8 ± 0,9

10,6 ± 1,3

Интактная акросома, %

68,0 ± 2,7b; c

76,2 ± 3,2

85,4 ± 2,8

Примечание. Значимость влияния: р < 0,001.

Table 1. Single-­factor analysis of the sperm quality of breeding boars, depending on the total microbial count (TMC), CFU/cm3

Indicator

Progressive motile spermatozoa (PR) content by groups

Group I

(< 77 %)

(n = 8)

Group II

(78–84 %)

(n = 17)

Group III

(> 85 %)

(n = 21)

TMC, CFU/cm3

4895.4 ± 333b; c

620.0 ± 41.1a; c

587.5 ± 32.4

Progressive motile PR, %

74.8 ± 1.4b; c

80.67 ± 1.3a; c

87.8 ± 1.6

Abnormal morphology, %

16.5 ± 0.8b; c

9.8 ± 0.9

10.6 ± 1.3

Intact acrosome, %

68.0 ± 2.7b; c

76.2 ± 3.2

85.4 ± 2.8

Note. Significance level: р < 0.001.

Как видно из табл. 1 между группами по содержанию микробных КОЕ/см3 имеется статистически достоверная разница.

У хряков-­производителей I группы содержание микроорганизмов в эякуляте превышало допустимый уровень и составило 4895 КОЕ/см3, что выше в 7,8 раз по сравнению со II группой и в 8,3 раз — с III группой (р < 0,001), а количество сперматозоидов с прогрессивно-­подвижным движением было в 1,2 раза ниже по сравнению с III группой (р < 0,001).

Морфометрический анализ показал высокую частоту встречаемости анормальных сперматозоидов в свежеполученной сперме у производителей в группе с высокими параметрами контаминации — 16,5 %, что в 1,7 раз больше по сравнению со второй группой (620 КОЕ/см3) (р < 0,001).

Целостность акросомы отмечалась выше у хряков третей группы (85,4 %) с высокой активностью, что выше на 25,6 % в отличие от группы с наименьшей активностью (I группа) (р < 0,001).

Корреляционный анализ между микробной контаминацией и прогрессивно-­подвижными сперматозоидами показал наличие отрицательной двусторонней корреляции r = –0,51 (р < 0,01). Коэффициент корреляции между микробной контаминацией и аномальной морфологией составил r = 0,42 (р < 0,05) и фрагментацией ДНК r = 0,56 (р < 0,01).

Степень конденсации хроматина сперматозоидов коррелировала с их активностью. Так, индекс фрагментации ДНК в группе с наименьшим титром микроорганизмов (587,5 КОЕ/см3) составил 12,2 % и статистически значимо отличался от группы с высоким титром микроорганизмов (4895 КОЕ/см3). Разница составила 3,1 раза (p < 0,001) (рис.).

Уровень активности и индекс фрагментации ДНК в сперматозоидах хряков-­производителей
Источник: выполнено А.В. Шмидт, Е.О. Рысцова, Б.С. Иолчиев, Т.В. Чубенко

Sperm activity level and DNA fragmentation index in boars-­producers
Source: created by A.V. Schmidt, E.O. Rystsova, B.S. Iolchiev, T.V. Chubenko

Наше исследование показало, что фрагментация ДНК сперматозоидов в группе с высоким титром микроорганизмов статистически отличалась от таковой в группе с наименьшей контаминацией.

Целостность ДНК сперматозоидов — один из факторов, влияющих на фертильность, эмбриональное развитие и частоту эмбриональной смертности, что очень актуально для отрасли свиноводства.

Высокая бактериальная обсемененность сперматозоидов оказала влияние на показатели воспроизводства у хряков-­производителей (табл. 2).

Таблица 2. Воспроизводительные показатели хряков-­производителей с разной степенью бактериальной обсемененности

Показатели

Содержание ОМЧ в сперматозоидах по группам, КОЕ/см3

I группа

4895

II группа

620

III группа

587

Оплодотворяющая способность хряка, %

72  ±  5,6

84 ± 4,7

89 ± 3,6*

Абортировало, %

4,2 ± 0,3

2,6 ± 0,8

1,8 ± 0,4

Мертворожденных, %

7,2 ± 0,8

3,2 ± 0,6

2,8 ± 0,4

Мумифицированные поросята, %

2,4 ± 0,1

1,2 ± 0,1

0,8 ± 0,1

Примечание. Значимость влияния *— p < 0,05.

Table 2. Reproductive indicators of breeding boars with different bacterial contamination

Indicator

TMC content in sperm by groups, CFU/cm3

Group I

4895

Group II

620

Group III

587

Boar fertilizing ability, %

72 ± 5.6

84 ± 4.7

89 ± 3.6*

Abortions, %

4.2 ± 0.3

2.6 ± 0.8

1.8 ± 0.4

Stillbirths, %

7.2 ± 0.8

3.2 ± 0.6

2.8 ± 0.4

Mummified piglets, %

2.4 ± 0.1

1.2 ± 0.1

0.8 ± 0.1

Note. Significance level: * — р < 0.05.

Оплодотворяющая способность в группе хряков-­производителей с высоким содержанием общего микробного числа (I группа) в эякуляте составила 72 %, что ниже на 23 % по сравнению с группой хряков-­производителей с низким содержанием (III группа) (p < 0,05).

Отмечена частота абортов от хряков-­производителей I группы в 2,3 выше по сравнению с III группой и 1,6 раз со II группой.

В свою очередь, число мертворожденных и мумифицированных поросят в помете хряков-­производителей с высоким содержанием микроорганизмов (I группа) составила 7,2 и 2,4 %, что соответственно в 2,5 и 3 раза выше по сравнению с хряками-­производителями, у которых содержание микроорганизмов было (587,5 КОЕ/см3).

Заключение

Настоящее исследование продемонстрировало в группе хряков-­производителей с высокой микробной контаминацией снижение подвижности сперматозоидов, а также наличие корреляционной связи с дефектом морфологии и целостностью ДНК. Эти данные согласуются с исследованиями других авторов о негативном влиянии бактериальной контаминации на структуру, жизнеспособность и фрагментацию ДНК в сперматозоидах производителей, снижающем качество семенного материала и их воспроизводительные показатели.

Таким образом, микробное загрязнение, особенно дрожжи и дрожжеподобные грибы, оказывает влияние на биологическую полноценность сперматозоидов и  снижает репродуктивный потенциал хряков-­производителей.

 

 

1 ГОСТ 33827-2016. Средства воспроизводства. Сперма хряков свежеполученная разбавленная. М.: Стандартинформ, 2016. 4 с.

×

Об авторах

Анна Валиевна Шмидт

Российский университет дружбы народов

Email: anna74@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-8108-7149
SPIN-код: 3935-6526

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, кафедры общественного здоровья, здравоохранения и гигиены

Российская Федерация, 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6

Екатерина Олеговна Рысцова

Российский университет дружбы народов

Автор, ответственный за переписку.
Email: rystsova_eo@pfur.ru
ORCID iD: 0000-0002-0516-6056
SPIN-код: 2027-4235

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент департамента ветеринарной медицины аграрно-технологического института

Российская Федерация, 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6

Байлар Садраддинович Иолчиев

Всероссийский научно-исследовательский институт племенного дела

Email: baylar2@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5386-7263
SPIN-код: 3881-6813

доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории биологии воспроизведения сельскохозяйственных животных

Российская Федерация, 141212, Московская обл., г. Пушкино, п. Лесные Поляны

Тамара Владимировна Чубенко

Российский университет дружбы народов

Email: 1032201888@pfur.ru
ORCID iD: 0009-0009-3800-7201
SPIN-код: 2069-3501

студент департамента ветеринарной медицины аграрно-технологического института

Российская Федерация, 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6

Список литературы

  1. Ковалев Ю. Развитие свиноводства в ближайшей перспективе // Комбикорма. 2023. № 7–8. С. 2–4.
  2. Насибов М.Н., Аминова А.Л., Рамеев Т.В. Спермопродукция хряков крупной белой породы, используемых для репродукции // Вестник БГАУ. 2015. № 4. С. 60–61.
  3. Althouse G.C., Lu K.G. Bacteriospermia in extended porcine semen // Theriogenology. 2005. Vol. 63. № 2. Р. 573–584. doi: 10.1016/j.theriogenology.2004.09.031
  4. Tvrdá Е., Ďuračka М., Benko F., Lukáč N. Bacteriospermia — A formidable player in male subfertility // Open Life Sciences. 2022. Vol. 17. Р. 1001–1029. doi: 10.1515/biol-2022-0097
  5. Барзыкина С.Н., Борунова С.М., Назимкина С.Ф. Микробные ассоциации в эякуляте хряков--производителей // Актуальные проблемы ветеринарной медицины, зоотехнии, биотехнологии и экспертизы сырья и продуктов животного происхождения: сб. трудов науч.-практ. конфер. М.: Сельскохозяйственные технологии, 2022. С. 141–142.
  6. Чемезов А.П., Вой¬това О.О., Выборова И.С., Дружинина Е.Б., Мыльникова Ю.В., Мащакевич Л.И. Неспецифические воспалительные процессы урогенитального тракта у мужчин // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. 2010. № 6 (76). С. 88–90.
  7. Berger G.K., Smith-¬Harrison L.I., Sandlow J.I. Sperm agglutination: Prevalence and contributory factors // Andrologia. 2019. Vol. 51. No. 5. e13254. doi: 10.1111/and.13254
  8. Eini F., Kutenaei M.A., Zareei F., Dastjerdi Z.S., Shirzeyli M.H., Salehi E. Effect of bacterial infection on sperm quality and DNA fragmentation in subfertile men with Leukocytospermia // BMC Molecular and Cell Biology. 2021. Vol. 22. № 42. doi: 10.1186/s12860-021-00380-8
  9. Нарижный А.Г., Анисимов А.Г. Биологическая полноценность разбавителя для спермы хряков в зависимости от сроков хранения и упаковочного материала // Вестник УГСХА. 2014. № 2 (26). С. 89–92.
  10. Prabha V., Sandhu R., Kaur S., Kaur K., Sarwal A., Mavuduru R.S., Shravan K.S. Mechanism of sperm immobilization by Escherichia coli // Advances in Urology. 2010. Vol. 1. 240268. doi: 10.1155/2010/240268
  11. Смирнов М.В., Годовалов А.П., Быкова Л.П. Изучение показателей сперматозоидов, полученных из спермы с микробной обсемененностью // Молодежный инновационный вестник. 2015. Т. IV. С. 178.
  12. Ďuračka M., Belić L., Tokárová K., Žiarovská J., Kačániová M., Lukáč N., Tvrdá E. Bacterial communities in bovine ejaculates and their impact on the semen quality // Syst Biol Reprod Med. 2021. Vol. 67. No. 6. Р. 438–449. doi: 10.1080/19396368.2021.1958028
  13. Пархоменко Ю.С., Чернышова И.С., Копытина К.О., Волкова И.В., Рожкова И.Н., Семенова Е.В., Масютина О.Н., Затонская Л.С. Изучение контаминации нативной и разбавленной спермы хряков микроорганизмами и чувствительности их к антибактериальным препаратам // Ветеринарный фармакологический вестник. 2018. № 1. С. 79–82. doi: 10.17238/issn2541-8203.2018.1.79
  14. Agarwal A., Rana M., Qiu E., AlBunni H., Bui A.D., Henkel R. Role of oxidative stress, infection and inflammation in male infertility // Andrologia. 2018. Vol. 50. No. 11. e13126. doi: 10.1111/and.13126
  15. Боранбаев А.В. Микробиологические показатели спермы морала, отобранной в панторезном станке после криоконсервации // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2019. № 3 (173). С. 107–110.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. Уровень активности и индекс фрагментации ДНК в сперматозоидах хряков-производителей

Скачать (66KB)
Метаданные

© Шмидт А.В., Рысцова Е.О., Иолчиев Б.С., Чубенко Т.В., 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах