[Bioinformatic data analysis from metagenomic whole genome sequencing of endometrial microorganisms in cows with normal and pathological conditions] Биоинформационный анализ данных метагеномного полногеномного секвенирования микроорганизмов эндометрия коров в норме и при патологии

There remains no consensus on the microbiological causes of endometritis in cows. The aim of this study, therefore, was to analyze the endometrial microbiome using metagenomic whole genome sequencing (WGS) with subsequent bioinformatic data analysis using high-yielding cows kept on an organic farm (Group 1A) compared to animals kept on a large industrial complex as follows: clinically healthy (Group 2A), with subclinical (Group 2B), or purulent-catarrhal endometritis (Group 2C). Using Illumina MiSeq platform, WGS results revealed that the dominant bacterial phyla were Bacillota in Groups 2A, 2B and 2C, as well as Bacteroidota, Fusobacteriota and Bacillota in Group 1A. In industrial farm conditions, subclinical and clinical endometritis was associated with an increase in the amount of Clostridium botulinum in the uterus (p < 0.05). In contrast to Group 2A, the dominant bacterial species in the organic eco-farm Group 1A were Bacteroides fragilis (55.1 ± 3.92%) and Fusobacterium necrophorum (28.8 ± 2.63%). The use of bioinformatic techniques demonstrated that the endometrial microbiome of clinically healthy cows kept in eco-farm conditions (Group 1A) was enriched in bacteriocin genes compared to other studied animal Groups 2A, 2B and 2C. Thus, the standards of feeding and cattle husbandry adopted to eco-farm conditions imply a different composition and functionality of the cattle endometrial microbiome compared to the more common industrial approaches.

До сих пор нет единого мнения о микробиологических причинах эндометрита у коров. Поэтому целью данного исследования был анализ микробиома эндометрия с использованием метагеномного секвенирования всего генома (WGS) с последующим биоинформатическим анализом данных с использованием высокопродуктивных коров, содержащихся на органической ферме (группа 1A), в сравнении с животными, содержащимися на крупном промышленном комплексе следующим образом: клинически здоровые (группа 2A), с субклиническим (группа 2B) или гнойно-катаральным эндометритом (группа 2C). С использованием платформы Illumina MiSeq результаты WGS показали, что доминирующими бактериальными филумами были Bacillota в группах 2A, 2B и 2C, а также Bacteroidota, Fusobacteriota и Bacillota в группе 1A. В условиях промышленной фермы субклинический и клинический эндометрит был связан с увеличением количества Clostridium botulinum в матке (p < 0,05). В отличие от группы 2А, доминирующими видами бактерий в органической экоферме группы 1А были Bacteroides fragilis (55,1 ± 3,92%) и Fusobacterium necrophorum (28,8 ± 2,63%). Использование биоинформатических методов показало, что эндометриальный микробиом клинически здоровых коров, содержащихся в условиях экофермы (группа 1А), был обогащен генами бактериоцинов по сравнению с другими исследованными животными групп 2А, 2Б и 2С. Таким образом, стандарты кормления и содержания крупного рогатого скота, принятые в условиях экофермы, подразумевают иной состав и функциональность эндометриального микробиома крупного рогатого скота по сравнению с более распространенными промышленными подходами.

Russian authors' names: Йылдырым Е., Лаптев Г., Тюрина Д., Филиппова В., Ильина Л., Новикова Н., Соколова К., Пономарева Е., Заикин В., Ключникова И., Корочкина Е., Гриффин Д., Романов М.

Russian authors' affiliations: Елена Йылдырым, Валентина Филиппова, Лариса Ильина, Ксения Соколова, лаборатория молекулярной генетики и микробиомики, БИОТРОФ; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», Пушкин, Санкт-Петербург, Россия. Георгий Лаптев, Дарья Тюрина, Наталья Новикова, Екатерина Пономарева, Василий Заикин, Ирина Ключникова, лаборатория молекулярной генетики и микробиомики, БИОТРОФ, Пушкин, Санкт-Петербург, Россия. Елена Корочкина, Санкт-Петербургский государственный университет ветеринарной медицины, Санкт-Петербург, Россия. Даррен Гриффин, Школа биологических наук, Кентский университет, Кентербери, Кент, Великобритания; Подразделение по исследованию геномики животных и биоресурсов (подразделение исследований AGB), факультет естественных наук, Университет Касетсарт, Чатучак, Бангкок, Таиланд. Михаил Романов, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», Пушкин, Санкт-Петербург; Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр животноводства – ВИЖ имени академика Л.К. Эрнста», Подольск, Россия; Школа биологических наук, Кентский университет, Кентербери, Кент, Великобритания; Подразделение по исследованию геномики животных и биоресурсов (подразделение исследований AGB), факультет естественных наук, Университет Касетсарт, Чатучак, Бангкок, Таиланд.

(Пятая международная конференция "Цифровизация сельского хозяйства и органическое производство ADOP 2025": Программа конференции и тезисы, Барнаул, Россия, 3–6 июня 2025 г.)