Fractal analysis of frequency-taxonomic profile of broiler's gut microbiota for studying the influence of probiotics on bird development | Биосистемная самоорганизация и фрактальная структура частотно-таксономических профилей микробиоты кишечника бройлеров под влиянием кормовых пробиотиков

Английский. There are given theoretical and empirical data about the probiotic effect on the microbiota bioconsolidation in the broiler intestines of the Smena cross. The probiotics have been used to improve the feed digestibility and accelerate the poultry development. To stimulate the transformation of plant substrates in the poultry intestines, probiotics were used instead of antibiotics. The probiotics contained the bacteria Lactobacillus plantarum and Lactobacillus fermentum. The study goal is to develop a methodology for fractal analysis of the frequency-taxonomic profiles of operational taxonomic units (OTUs) of the microbiota in the poultry intestines. Using the fractal methodology, the index of microbiom bioconsolidation of the bird intestines was calculated, which characterizes the biosystem self-organization of microflora and the efficiency of biochemical transformations of plant substrates in the bird intestines. In the experiment, the microflora was studied in 1 control and 2 experimental groups of birds. The OTUs profiles were obtained by the molecular NGS genetic method (Next Generation Sequencing). The key concept of fractal analysis of OTUs profiles was the concept of the elementary OTU fractal. The elementary OTU fractal is 3 OTUs, the frequencies of which form a geometric numerical sequence. The bioconsolidation index of the broiler microbiome was defined as the ratio of the number of OTUs in the OTU megafractal to the total number of OTUs in the OTU profiles. The elementary OTU fractals were identified by the linear arrangement of 3 OTU images on fractal portrait. The fractal analysis confirmed that the bacterial probiotics increase the microbiom bioconsolidation in the poultry intestines. According to the results of fractal analysis, probiotic with L. plantarum is not recommended for use, and probiotic with L. fermentum is recommended for use.

Русский. Приводятся теоретические и эмпирические данные о влиянии пробиотиков на биоконсолидацию микробиоты кишечника бройлеров кросса Смена. Пробиотики использовались для улучшения усвояемости кормов и ускорения развития птицы. Для стимуляции процессов трансформацию растительных субстратов в кишечнике птиц вместо антибиотиков применяли пробиотики. Пробиотики содержали бактерии Lactobacillus plantarum и Lactobacillus fermentum. Цель исследования - разработка методики фрактального анализа частотно-таксономических профилей оперативно-таксономических единиц (ОТЕ) микробиоты кишечника у птиц. С использованием фрактальной методики вычислялся индекс биоконсолидации кишечной микробиты, который характеризует биосистемную самоорганизацию микрофлоры и эффективность биохимических преобразований растительных субстратов в кишечнике птицы. В опыте исследовалась микрофлора у 1 контрольной и 2 опытных групп птицы. Профили ОТЕ были получены молекулярно-генетическим методом NGS (Next Generation Sequencing). Понятие элементарного фрактала ОТЕ было принято в качестве ключевого для фрактального анализа профилей ОТЕ. Элементарный фрактал ОТЕ - это 3 ОТЕ, частоты которых образуют геометрическую числовую последовательность. Индекс биоконсолидации микробиоты бройлеров определяли, как отношение числа ОТЕ в составе мегафрактала ОТЕ к общему числу ОТЕ в профилях ОТЕ. Для выделения элементарных фракталов ОТЕ использовались фрактальные портреты профилей ОТЕ. Идентификация элементарных ОТЕ фракталов осуществлялась по линейному расположению 3 изображений ОТЕ на фрактальных портретах. Фрактальный анализ подтвердил, что бактериальные пробиотики увеличивают биоконсолидацию микробиоты в кишечнике птиц. Индекс биоконсолидации микробиоты у птиц из опытных групп (0,82…0,86) был выше, чем у контрольной группы (0,55). По результатам фрактального анализа не рекомендован к применению пробиотик с L. plantarum и рекомендован к применению пробиотик с L. fermentum.