Биологические свойства ультрадисперсных частиц кобальта и их влияние на рубцовое пищеварение

Исследование проводили с целью определения зависимости биологической активности и токсического действия ультрадисперсных частиц (УДЧ) кобальта от их размера, а также оценки потенциала использования частиц с минимальной токсичностью для стимуляции рубцового пищеварения у жвачных. Использовали УДЧ Co_1 (d = 245,9±4,3 нм) и Co_2 (d = 501,8±18,9 нм). Биоактивность и механизмы токсичности in vitro определяли с использованием люминесцентных штаммов Escherichia coli K12 TG1, а также индуцибельных биосенсоров pOxyR (окислительный стресс) и pColD (повреждение ДНК). Эффективные концентрации для Co_1, EC₈₀ = 3,1×10^-3; EC₅₀ = 1,5×10^-3; EC₂₀ = 1,9×10-4 мг/мл; для Co_2, EC₈₀ = 6,1×10^-3; EC₅₀ = 7,6×10^-4; EC₂₀ = 1,9×10^-4 мг/мл. Ключевой механизм токсичности – окислительный стресс. Влияние УДЧ Co_2 на рубцовое пищеварение оценивали на установке ANKOM Daisy II при концентрациях 0,3, 0,6 и 1,2 г/л. Коэффициент переваримости сухого вещества во II группе увеличивался (p ≤ 0,001), относительно контроля, на 5,2 %, в III группе – на 4,9 %. Численность инфузорий возрастала соответственно на 7,69 % (p ≤ 0,05) и 53,8 % (p ≤ 0,001). Содержание уксусной кислоты в I группе увеличивалось на 13,7 % (p≤0,05), во II – на 24,1 % (p≤0,01), в III группе – 49,5 % (p≤0,01), пропионовой – соответственно на 19,2 % (p≤0,05), 30,6 % (p≤0,01) и 89,7 % (p≤0,001). Концентрация масляной кислоты также достоверно увеличилась на 55,5 % (III группа, p≤0,01). Результаты исследований подтвердили зависимость бактерицидной активности от размера частиц и продемонстрировали потенциал применения УДЧ Co_2 в кормлении жвачных.

1. Nanominerals: Fabrication Methods, Benefits and Hazards, and Their Applications in Ruminants with Special Reference to Selenium and Zinc Nanoparticles / S. A. Abdelnour, M. Alagawany, N. M. Hashem, et al. // Animals. 2021. Vol. 11. No. 7. URL: https://www.mdpi.com/2076-2615/11/7/1916 (дата обращения: 23.07.2025). doi: 10.3390/ani11071916.

2. Макро -и микроэлементы в питании животных: многообразие веществ и форм (обзор) / А. П. Иванищева, Е. А. Сизова, А. М. Камирова и др. // Животноводство и кормопроизводство. 2023. Т. 106. № 2. С. 85–111. doi: 10.33284/2658-3135-106-2-85/

3. Степанова И. А., Назарова А. А., Полищук С. Д. Особенности минерального обмена телок голштинской породы при введении в рацион нанопорошка кобальта // Ветеринария, зоотехния и биотехнология. 2017. № 6. С. 117–122.

4. Application of Green Cobalt Nanoparticles in the Diet of Broiler Chickens to Improve Sustainable Production and Health / F. M. Reda, A. S. Alawam, H. K. Mahmoud, et al. // Veterinary medicine and science. 2025. Vol. 11. No. 4. URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/vms3.70508 (дата обращения: 23.07.2025). doi: 10.1002/vms3.70508.

5. Cobalt nanoparticles induce lung injury, DNA damage and mutations in mice / R. Wan, Y. Mo, Z. Zhang, et al. // Part Fibre Toxicol. 2017. Vol. 14. No. 1. URL: https://link.springer.com/article/10.1186/s12989-017-0219-z (дата обращения: 23.07.2025). doi: 10.1186/s12989-017-0219-z.

6. Effects of nano calcium carbonate and nano calcium citrate on toxicity in ICR mice and on bone mineral density in an ovariectomized mice model / S. Huang, J. C. Chen, C. W. Hsu, et al. // Nanotechnology. 2009. Vol. 20. No. 37. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0957-4484/20/37/375102 (дата обращения: 23.07.2025). doi: 10.1088/0957-4484/20/37/375102.

7. Research on the fate of polymeric nanoparticles in the process of the intestinal absorption based on model nanoparticles with various characteristics: size, surface charge and pro-hydrophobics / S. Guo, Y. Liang, L. Liu, et al. // J Nanobiotechnol. 2021. Vol. 19. No. 1. URL: https://link.springer.com/article/10.1186/s12951-021-00770-2 (дата обращения: 23.07.2025). doi:10.1186/s12951-021-00770-2.

8. Mathematical Modeling Approaches for Assessing the Joint Toxicity of Chemical Mixtures Based on Luminescent Bacteria: A Systematic Review / D. Wang, S. Wang, L. Bai, et al. // Front. Microbiol. 2020. Vol. 31. No. 11. URL: https://www.frontiersin.org/journals/microbiology/articles/10.3389/fmicb.2020.01651/full (дата обращения: 23.07.2025). doi: 10.3389/fmicb.2020.01651.

9. Левахин Г. И., Мещеряков А. Г. К методике определения расщепляемости протеина кормов в лабораторных условиях // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2003. № 3. C. 12–13.

10. Zhang N., Xiong G., Liu Z. Toxicity of metal-based nanoparticles: Challenges in the nano era // Front Bioeng Biotechnol. 2022. Vol. 10. URL: https://www.frontiersin.org/journals/bioengineering-and-biotechnology/articles/10.3389/fbioe.2022.1001572/full (дата обращения: 23.07.2025). doi: 10.3389/fbioe.2022.1001572.

11. Saifi M. A., Khan W., Godugu C. Cytotoxicity of Nanomaterials: Using Nanotoxicology to Address the Safety Concerns of Nanoparticles // Pharmaceutical nanotechnology. 2018. Vol. 6. No. 1. P. 3–16. doi: 10.2174/2211738505666171023152928.

12. Давыдова О. К. Биологическая активность биосинтезированных наночастиц оксида кобальта в отношении патогенных и условно патогенных микроорганизмов // Микроэлементы в медицине. 2024. Т. 25. № 2. С. 29–31. doi: 10.19112/2413-6174-2024-25-2-12.

13. Effects of Particle Size and Surface Charge on Mutagenicity and Chicken Embryonic Toxicity of New Silver Nanoclusters / X. Zhan, J. Zhang, Q. Wang, et al. // ACS omega. 2022. Vol. 7. No. 21. P. 17703–17712. doi: 10.1021/acsomega.2c00688.

14. Comparative Effects of Particle Sizes of Cobalt Nanoparticles to Nine Biological Activities / I. C. Kong, K. S. Ko, D. C. Koh, et al. // International journal of molecular sciences. 2020. Vol. 21. No. 18. Article 6767. URL: https://www.mdpi.com/1422-0067/21/18/6767 (дата обращения: 23.07.2025). doi: 10.3390/ijms21186767.

15. Characteristics of oxidative stress and antioxidant defenses by a mixed culture of acidophilic bacteria in response to Co2+ exposure / W. Wu, X. Li, X. Zhang, et al. // Extremophiles. 2020. Vol. 24. No. 4. P. 485–499. doi: 10.1007/s00792-020-01170-4.

16. Effects of core titanium crystal dimension and crystal phase on ROS generation and tumour accumulation of transferrin coated titanium dioxide nanoaggregates / D. D. Lane, K. C. L. Black, R. Raliya, et al. // RSC advances. 2020. Vol. 10. No. 40. P. 23759–23766. doi:10.1039/d0ra01878c.

17. Cobalt nanoparticles induce lung injury, DNA damage and mutations in mice / R. Wan, Y. Mo, Z. Zhang, et al. // Part Fibre Toxicol. 2017. Vol. 14. No. 1. URL: https://link.springer.com/article/10.1186/s12989-017-0219-z (дата обращения: 23.07.2025). doi: 10.1186/s12989-017-0219-z.

18. Гиро Т. М., Ильина Л. А. Влияние обогащенных рационов на состав и функциональный профиль микробиома рубца баранчиков // Техника и технология пищевых производств. 2024. Т. 54. № 4. С. 848–871. doi: 10.21603/2074-9414-2024-4-2550.

19. Influence du cobalt et de la vitamine B12 sur la croissance et la survie des ciliés du rumen in vitro, en fonction de la population bactérienne / A. Bonhomme, M. Durand, C. Quintana, et al. // Reproduction Nutrition Developpement. 1982. Vol. 22. No. 1A. P. 107–122. doi: 10.1051/rnd:19820109.

20. Пищеварение в рубце, обмен веществ и продуктивность молодняка крупного рогатого скота при скармливании уксуснокислого кобальта / А. Н. Кот, В. Ф. Радчиков, И. С. Серяков и др. // Актуальные проблемы интенсивного развития животноводства. 2022. № 25-1. С. 166–173.

21. Feeding Sheep Cobalt and Oregano Essential Oil Alone or in Combination on Ruminal Nutrient Digestibility, Fermentation, and Fiber Digestion Combined With Scanning Electron Microscopy / T. Jiao, J. Wu, D. P. Casper, et al. // Front. Vet. Sci. 2021. Vol. 8. Article 639432. URL: https://www.frontiersin.org/journals/veterinary-science/articles/10.3389/fvets.2021.639432/full (дата обращения: 23.07.2025). doi: 10.3389/fvets.2021.639432.

22. Tiffany M. E., Fellner V., Spears J. W. Influence of cobalt concentration on vitamin B12 production and fermentation of mixed ruminal microorganisms grown in continuous culture flow-through fermenters // Journal of animal science. 2006. Vol. 84. No. 3. P. 635–640. doi: 10.2527/2006.843635x.