This study aimed to investigate the diversity of the Butyrivibrio group bacteria in goat rumen and its response to garlic oil (GO) supplementation as revealed by molecular analysis of cloned 16S rRNA genes. Six wethers fitted with ruminal fistulas were assigned to two groups for a cross-over design with 28-d experimental period and 14-d interval. Goats were fed a basal diet without (control) or with GO ruminal infusion (0.8 g/d). Ruminal contents were used for DNA extraction collected before morning feeding on d 28. A total bacterial clone library was firstly constructed by nearly full-length 16S rRNA gene cloned sequences using universal primers. The resulting plasmids selected by Butyrivibrio-specific primers were used to construct a Butyrivibrio group-specific bacterial clone library. Butyrivibrio group represented 12.98% and 10.95% of total bacteria in control and GO group, respectively. In libraries, clones were classified to the genus Pseudobutyrivibrio, Butyrivibrio and others within the family Lachnospiraceae. Additionally, some specific clones were observed in GO group, being classified to the genus Ruminococcus and others within the family Ruminococcaceae. Based on the criterion that the similarity was 97% or greater with database sequences, there were 29.73% and 18.42% of clones identified as known isolates (i.e. B. proteoclasticus and Ps. ruminis) in control and GO groups, respectively. Further clones identified as B. fibrisolvens (5.41%) and R. flavefaciens (7.89%) were specifically found in control and GO groups, respectively. The majority of clones resembled Ps. ruminis (98% to 99% similarity), except for Lachnospiraceae bacteria (87% to 92% similarity) in the two libraries. The two clone libraries also appeared different in Shannon diversity index (control 2.47 and GO group 2.91). Our results indicated that the Butyrivibrio group bacteria had a complex community with considerable unknown species in the goat rumen.
The objective of this study was to evaluate the effects of forage level and oil supplement on selected strains of rumen bacteria believed to be involved in biohydrogenation (BH). A continuous culture system consisting of four fermenters was used in a $4{\times}4$ Latin square design with a factorial arrangement of treatments, with four 10 d consecutive periods. Treatment diets were: i) high forage diet (70:30 forage to concentrate (dry matter basis); HFC), ii) high forage plus oil supplement (HFO), iii) low forage diet (30:70 forage to concentrate; LFC), and iv) low forage plus oil supplement (LFO). The oil supplement was a blend of fish oil and soybean oil added at 1 and 2 g/100 g dry matter, respectively. Treatment diets were fed for 10 days and samples were collected from each fermenter on the last day of each period 3 h post morning feeding. The concentrations of vaccenic acid (t11C18:1; VA) and c9t11 conjugated linoleic acid (CLA) were greater with the high forage diet while the concentrations of t10 C18:1 and t10c12 CLA were greater with the low forage diet and addition of oil supplement increased their concentrations at both forage levels. The DNA abundance of Anaerovibrio lipolytica, and Butyrivibrio fibrisolvens vaccenic acid subgroup (Butyrivibrio VA) were lower with the low forage diets but not affected by oil supplement. The DNA abundance of Butyrivibrio fibrisolvens stearic acid producer subgroup (Butyrivibrio SA) was not affected by forage level or oil supplement. In conclusion, oil supplement had no effects on the tested rumen bacteria and forage level affected Anaerovibrio lipolytica and Butyrivibrio VA.
Kim, Tae Il;Baik, Soon yong;Joo, Yi Seok;Yoon, Young Dhuk
Korean Journal of Microbiology
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v.34
no.3
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pp.91-95
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1998
Cellulase producing microorganisms, GPC-1, GPC-2, GNR-1 GNR-2, and GNR-3, were screened from the Rumen fluid of Korean Native Cattle. Isolated GPC-1 and GPC-2 were identified as Ruminococcus sp. according to results of the Gram stain and anaerobic characteristics. Based on morphological and physicochemical identification, the isolate GPC-1 and GPC-2 were identified as strains of Ruminococcus albus and Ruminococcus flavefaciens, respectively. Isolated GNR-1 GNR-2 and GNR-3 were identified as Bacteroides sp., Butyrivibrio sp. and Clostridium sp. according to results of the Gram stain, $H_2S$ producition and spore formation, respectively. Based on morphological and physicochemical identification, the isolate GNR-1 GNR-2 and GNR-3 were identified as strains of Bacteroides succinogenes, Butyrivibrio fibrisolvens and Clostridium cellobioparum, respectively.
Nakatani, M.;Kohda, C.;Inamoto, T.;Nakai, Y.;Ogimoto, K.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.7
no.4
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pp.509-512
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1994
High performance liquid chromatography (HPLC) analysis was applied for determination of guanine plus cytosine (G + C) contents of DNA of Butyrivibrio fibrisolvens. By values of G + C contents, a reference strain and 20 wild strains of B. fibrisolvens were classified into at least two distinct subgroups, i.e. G + C contents of 18 strains were 38-40 mol% and those of 3 strains including the reference strain were 43-45 mol%. Clear relationships were not observed between G + C contents and biological properties of 21 strains of B. Fibrisolvens.
Park, Sook-Jahr;Park, Kyung-Ah;Park, Cjerl-Woo;Park, Won-Seck;Kim, Jeong-Ok;Ha, Yeong-Lae
Preventive Nutrition and Food Science
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v.1
no.2
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pp.244-251
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1996
Molecular weight and partial amino acid sequence of the cis, 9-cis, 12-octadecadienoate isomerase(linoleate isomerase) of Butyrivibrio fibrisovens A-38 were determined. Linoleate isomerase was isolated from the bac-teria cultured anaerobically and purified by ultracentrifugation in conjunction with Sepharose 6B column chro-matography, Phenyl sepharose 4B column chromatography and fast performance liquid chromatography (EPLC). The isomerase was single polypeptide with 19KD of molecular weight, when determined by SDS-PAGE. Fourteen amino acids sequence of N-terminal of the linoleate isomerase was N-GEIDKYPRIIKQQ determined by Edman method.
Kim, Dae-Ok;Kim, Tae-Wan;Heo, Ho-Jin;Imm, Jee-Young;Hwang, Han-Joon;Oh, Sejong;Kim, Young-Jun
Food Science of Animal Resources
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v.24
no.3
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pp.303-309
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2004
Conjugated linoleic acid (CLA) is currently under intensive investigation due to its health benefits. A great deal of interest has been paid to the possible health-promoting roles of CLA, but there are not many studies available on the mechanism of CLA production by ruminal microorganisms. CLA is produced as an intermediate of the characteristic biohydrogenation process of linoleic acid(LA) in the rumen and its production has direct relationship to numerous environmental factors including particle association, substrate concentration, forage-to-grain ratio, pH, ionopore, bacterial cell density, etc. Some of these factors were known to affect hydrogenating activities of Butyrivibrio fibrisolvens A38 which is an active rumen bacterium in CLA production. Dairy cow is a main source of CLA, and its level could be increased by dietary manipulation changing the physiological environment of rumen bacteria such as B. fibrisolvens A38. Therefore, the effects of various factors on. ruminal biohydrogenation should be carefully considered to optimize not only CLA production, but also other fatty acid metabolism, both of which are directly affecting nutritional quality and functionality of dairy products. In this review, the relationship between various environmental factors and ruminal CLA production is discussed focusing on the CLA production of B. fibrisolvens A38.
This study aimed to investigate the effects of ruminal infusion of garlic oil (GO) on fermentation dynamics, fatty acid (FA) profile, and abundance of bacteria involved in biohydrogenation in the rumen. Six wethers fitted with ruminal fistula were assigned to two groups for cross-over design with a 14-d interval. Each 30-d experimental period consisted of a 27-d adaptation and a 3-d sample collection. Goats were fed a basal diet without (control) or with GO ruminal infusion (0.8 g/d). Ruminal contents collected before (0 h) and at 2, 4, 6, 8, and 10 h after morning feeding were used for fermentation analysis, and 0 h samples were further used for FA determination and DNA extraction. Garlic oil had no influence on dry matter intakes of concentrate and hay. During ruminal fermentation, GO had no effects on total VFA concentration and individual VFA molar proportions, whereas GO increased the concentrations of ammonia nitrogen and microbial crude protein (p<0.05). Compared with control, GO group took a longer time for total VFA concentration and propionate molar proportion to reach their respective maxima after morning feeding. The ratio of acetate to propionate in control reduced sharply after morning feeding, whereas it remained relatively stable in GO group. Fatty acid analysis showed that GO reduced saturated FA proportion (p<0.05), while increasing the proportions of C18, t11-18:1 (TVA), c9,t11-conjugated linoleic acid (c9,t11-CLA), t10,c12-CLA, and polyunsaturated FA (p<0.05). The values of TVA/(c9,t11-CLA+TVA) and C18:0/(TVA+C18:0) were reduced by GO (p<0.05). Real-time PCR showed that GO tended to reduce Butyrivibrio proteoclasticus abundance (p = 0.058), whereas GO had no effect on total abundance of the Butyrivibrio group bacteria. A low correlation was found between B. proteoclasticus abundance and C18:0/(TVA+C18:0) (p = 0.910). The changes of fermentation over time suggested a role of GO in delaying the fermentation process and maintaining a relatively modest change of ruminal environment. The inhibitory effects of GO on the final step of biohydrogenation may be related to its antibacterial activity against B. proteoclasticus and other unknown bacteria involved.
Four Luxi beef cattle ($400{\pm}10$ kg) fitted with ruminal, duodenal and ileal cannulas were used in a $4{\times}4$ Latin square to assess the effects of soybean small peptide (SSP) infusion on rumen fermentation, diet digestion and flow of nutrient in the gastrointestinal tract. The ruminal infusion of SSP was 0 (control), 100, 200 and 300 g/d. Ruminal SSP infusion linearly (p<0.01) and quadratically (p<0.01) increased microbial protein synthesis and rumen ammonia-N concentration. Concentrations of total volatile fatty acid were linearly increased (p = 0.029) by infusion SSP. Rumen samples were obtained for analysis of microbial ecology by real-time PCR. Populations of rumen Butyrivibrio fibrisolvens, Streptococcus bovis, Ciliate protozoa, Ruminococcus flavefaciens, and Prevotella ruminicola were expressed as a proportion of total Rumen bacterial 16S ribosomal deoxyribonucleic acid (rDNA). Butyrivibrio fibrisolvens populations which related to total bacterial 16S rDNA were increased (p<0.05), while Streptococcus bovis populations were linearly (p = 0.049) and quadratically (p = 0.020) decreased by infusion of SSP. Apparent rumen digestibility of DM and NDF were (Q, p<0.05; L, p<0.05) increased with infusion SSP. Total tract digestion of DM, OM and NDF were linearly (p<0.01) and quadratically (p<0.01) increased by infusing SSP. The flow of total amino acids (AA), essential amino acids (EAA) and individual amino acids were linearly (p<0.01) and quadratically (p<0.01) increased with infusion SSP. The digestibility of Lysine was quadratically (p = 0.033) increased and apparent degradability of Arginine was linearly (p = 0.032) and quadratically (p = 0.042) increased with infusion SSP. The results indicated that infusion SSP could improve nutrient digestion, ruminal fermentation and AA availability.
Molecular biological techniques that recently developed, have made it possible to realize some of new attempts in the research field of rumen microbiology. Those are 1) cloning of genes from rumen microorganisms mainly in E. coli, 2) transformation of rumen bacteria and 3) ecological analysis with nonculturing methods. Most of the cloned genes are for polysaccharidase enzymes such as endoglucanase, xylanase, amylase, chitinase and others, and the cloning rendered gene structural analyses by sequencing and also characterization of the translated products through easier purification. Electrotransformation of Butyrivibrio fibrisolvens and Prevotella ruminicola have been made toward the direction for obtaining more fibrolytic, acid-tolerant, depoisoning or essential amino acids-producing rumen bacterium. These primarily required stable and efficient gene transfer systems. Some vectors, constructed from native plasmids of rumen bacteria, are now available for successful gene introduction and expression in those rumen bacterial species. Probing and PCR-based methodologies have also been developed for detecting specific bacterial species and even strains. These are much due to accumulation of rRNA gene sequences of rumen microbes in databases. Although optimized analytical conditions are essential to reliable and reproducible estimation of the targeted microbes, the methods permit long term storage of frozen samples, providing us ease in analytical work as compared with a traditional method based on culturing. Moreover, the methods seem to be promissing for obtaining taxonomic and evolutionary information on all the rumen microbes, whether they are culturable or not.
In this study, protein domains with cellulase activity in goat rumen microbes were investigated using metagenomic and bioinformatic analyses. After the complete genome of goat rumen microbes was obtained using a shotgun sequencing method, 217,892,109 pair reads were filtered, including only those with 70% identity, 100-bp matches, and thresholds below $E^{-10}$ using METAIDBA. These filtered contigs were assembled and annotated using blastN against the NCBI nucleotide database. As a result, a microbial community structure with 1431 species was analyzed, among which Prevotella ruminicola 23 bacteria and Butyrivibrio proteoclasticus B316 were the dominant groups. In parallel, 201 sequences related with cellulase activities (EC.3.2.1.4) were obtained through blast searches using the enzyme.dat file provided by the NCBI database. After translating the nucleotide sequence into a protein sequence using Interproscan, 28 protein domains with cellulase activity were identified using the HMMER package with threshold E values below $10^{-5}$. Cellulase activity protein domain profiling showed that the major protein domains such as lipase GDSL, cellulase, and Glyco hydro 10 were present in bacterial species with strong cellulase activities. Furthermore, correlation plots clearly displayed the strong positive correlation between some protein domain groups, which was indicative of microbial adaption in the goat rumen based on feeding habits. This is the first metagenomic analysis of cellulase activity protein domains using bioinformatics from the goat rumen.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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