A review of present understanding of the dietary nutrient utilization in ruminant animals is presented. For increasing the utilization of dietary nutrients and reducing environmental contamination, highlighting the development and use of nutritional manipulation technique is suggested.
During the first half of twentieth century, even though the importance of non-calorie essential micronutrients of 13 vitamins and 17 minerals has been known to alleviate nutritional disorder; the primary objective of agriculture and plant breeding programs has been to increase the productivity and seed yields, and macronutrients of proteins, fats, and carbohydrates made up the bulk of foodstuff which were used primarily as an energy source. In the last decade it has been found that non-essential micronutrients encompass a vast group of phytochemicals including antioxidants that are not strictly required in the diet but when present at sufficient levels work as health-promoting chemicals. Nowadays agricultural crops are grown for health rather than for food or fiber, and modifying the nutritional compositions of plant foods has become an urgent health issue. To ensure an adequate intake of essential vitamins and minerals, and to increase the consumption of health-promoting phytochemicals, the researches on plant secondary metabolism have been made. The attempt to improve nutritional quality of crops has been blocked by a lack of basic knowledge of plant metabolism. The advent of genomics era enabled new approaches to make crossing regardless of species, family, or phylum barriers, and the accumulation in our basic knowledge on plant secondary metabolism during the coming decade would be tremendous. As the major staple crops contain insufficient amount of many micronutrients, fortification strategy will be a necessary practice. Elevated intake of specific vitamins, C, E, and $\beta$-carotene, mineral selenium, antioxidants, and phytochemicals significantly reduces the risk of chronic disease such as cancer, cardiovascular disorder, diabetis, and other degenerative disease associated with aging. As the attempt to improve the nutritional quality of crops requires the basic knowledges on plant metabolism, plant biochemistry, human physiology, and food chemistry, strong interdisplinary collaboration among plant biotechnologists, human nutritionists, and food scientists will be needed. Inhibition of cancer, cardiovascular disease, and other degenerative disorder may be the biggest goal facing nutritional plant breeders. But the assumption that simply increasing dietary level of any compound will necessarily improve human health is a dangerous idea because many plant secondary products and dietary contaminants have paradoxical (hermetic) effects. Before biotechnical manipulation is undertaken to elevate or reduce any individual constituent of crops, the contribution of the micronutrient to human health must first be investigated.
Wenlingli Qi;Ming-Yuan Xue;Ming-Hui Jia;Shuxian Zhang;Qiongxian Yan;Hui-Zeng Sun
Animal Bioscience
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제37권2_spc호
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pp.370-384
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2024
Rumen microbiota play a central role in the digestive process of ruminants. Their remarkable ability to break down complex plant fibers and proteins, converting them into essential organic compounds that provide animals with energy and nutrition. Research on rumen microbiota not only contributes to improving animal production performance and enhancing feed utilization efficiency but also holds the potential to reduce methane emissions and environmental impact. Nevertheless, studies on rumen microbiota face numerous challenges, including complexity, difficulties in cultivation, and obstacles in functional analysis. This review provides an overview of microbial species involved in the degradation of macromolecules, the fermentation processes, and methane production in the rumen, all based on cultivation methods. Additionally, the review introduces the applications, advantages, and limitations of emerging omics technologies such as metagenomics, meta-transcriptomics, metaproteomics, and metabolomics, in investigating the functionality of rumen microbiota. Finally, the article offers a forward-looking perspective on the new horizons and technologies in the field of rumen microbiota functional research. These emerging technologies, with continuous refinement and mutual complementation, have deepened our understanding of rumen microbiota functionality, thereby enabling effective manipulation of the rumen microbial community.
Objective: To evaluate the effect of feeding acidified milk on the growth and fecal microbial diversity of dairy calves. Methods: Twenty healthy 3-day-old female Holstein calves with similar body weights were selected and randomly divided into two groups. One group was fed pasteurized milk (PM, Control), while the other was fed acidified milk (AM) ad libitum until weaned (day 60). The experiment lasted until day 180. Results: There was no difference in the nutritional components between PM and AM. The numbers of Escherichia coli and total bacteria in AM were lower than in PM. At 31 to 40 and 41 to 50 days of age, the milk intake of calves fed AM was higher than that of calves fed PM (p<0.05), and the solid feed intake of calves fed AM was higher than that of calves fed PM at 61 to 90 days (p<0.05). The average daily gain of calves fed AM was also higher than that of calves fed PM at 31 to 60, 61 to 180, and 7 to 180 days (p<0.05). The calves fed AM tended to have a lower diarrhea rate than those fed PM (p = 0.059). Bacteroides had the highest abundance in the feces of calves fed AM on day 50, while Ruminococcaceae_UCG_005 had the highest abundance in the feces of calves fed AM on day 90 and calves fed PM on days 50 and 90. At the taxonomic level, the linear discriminant analysis scores of 27 microorganisms in the feces of calves fed AM and PM on days 50 and 90 were higher than 4.0. Conclusion: Feeding AM increased calf average daily gain and affected fecal bacterial diversity.
Safety of present food has been accepted on the basis of extensive use experience for a long time. Many food resources have been developed by traditional techniques without any significant adverse impacts on the safety of food. Recently recombinant DNA techniques are being used to develop new food resources. These techniques enable developers to make specific genetic modifications in food resources that introduce substances that could not be introduced by traditional methods. With these techniques food resources are being to resist pests and disease, to tolerate herbicides, and to have improved characteristics for food preservation and nutritional contents. Because the properties of an organism results from interaction between biochemical pathways controlled by many genes, the genes conferring these traits usually encode directly responsible proteins for the new trait as well as proteins that indirectly modify carbohydrates or lipids in food. Therefore, this kind of food is regarded as new food that has not been existed before, and the safety of the food developed by recombinant DNA techniques should be evaluated upon scientific basis. In this paper, the issues upon safety of the food developed by gene manipulation are diseased in terms of composional changes that can be introduced, potential food safety harzards that might arise, present status of safety regulations in various countries and international organizations, and suggestions for the safety regulation in Korea.
Aguilar, David;deOgburn, Ryan C.;Volek, Jeff S.;Fernandez, Maria Luz
Nutrition Research and Practice
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제8권6호
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pp.625-631
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2014
BACKGROUND/OBJECTIVES: The main objective of this study was to evaluate the effects of a high cholesterol (HC) dietary challenge on cholesterol tissue accumulation, inflammation, adipocyte differentiation, and macrophage infiltration in guinea pigs. A second objective was to assess whether macronutrient manipulation would reverse these metabolic alterations. MATERIALS/METHODS: Male Hartley guinea pigs (10/group) were assigned to either low cholesterol (LC) (0.04g/100g) or high cholesterol (HC) (0.25g/100g) diets for six weeks. For the second experiment, 20 guinea pigs were fed the HC diet for six weeks and then assigned to either a low carbohydrate (CHO) diet (L-CHO) (10% energy from CHO) or a high CHO diet (H-CHO) (54% CHO) for an additional six weeks. RESULTS: Higher concentrations of total (P < 0.005) and free (P < 0.05) cholesterol were observed in both adipose tissue and aortas of guinea pigs fed the HC compared to those in the LC group. In addition, higher concentrations of pro-inflammatory cytokines in the adipose tissue (P < 0.005) and lower concentrations of anti-inflammatory interleukin (IL)-10 were observed in the HC group (P < 0.05) compared to the LC group. Of particular interest, adipocytes in the HC group were smaller in size (P < 0.05) and showed increased macrophage infiltration compared to the LC group. When compared to the H-CHO group, lower concentrations of cholesterol in both adipose and aortas as well as lower concentrations of inflammatory cytokines in adipose tissue were observed in the L-CHO group (P < 0.05). In addition, guinea pigs fed the L-CHO exhibited larger adipose cells and lower macrophage infiltration compared to the H-CHO group. CONCLUSIONS: The results of this study strongly suggest that HC induces metabolic dysregulation associated with inflammation in adipose tissue and that L-CHO is more effective than H-CHO in attenuating these detrimental effects.
Kim Hae Young;Kim Joong Kyun;Park Kyong-Joo;Bae Jean Hee;Hur Sung Bum
Fisheries and Aquatic Sciences
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제8권4호
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pp.235-242
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2005
Baker's yeast, Saccharomyces cerevisiae, has been widely used as a food organism for rotifers used in the larval production of marine fish. However, the nutritional value of the yeast is relatively poor compared with that of the marine alga Chlorella. We examined the nutritional value of another yeast, Candida utilis, and whether its food value could be increased through manipulation such as a cell wall treatment. Candida utilis and S. cerevisiae and their manipulated varieties were assessed with regard to the growth and nutrition of the rotifer Brachianus plicatilis. Larvae of the flounder Paralichthys alivaceus were cultured with rotifers fed on the yeast species, and the dietary value of the rotifers for the larvae was examined. Rotifers that were fed C. utilis grew faster than those provided with S. cerevisiae. Rotifers grew slightly faster on manipulated yeast than on non-manipulated yeast varieties. Of the two yeast species, C. utilis had better dietary value for rotifers. Flounder larvae cultured with rotifers that had fed on C. utilis displayed better growth and survival ($\%$) than did those cultured with rotifers that had fed on S. cerevisiae. Although the manipulated variety of C. utilis was better than the non-manipulated variety in terms of rotifer growth, the flounder larvae survived ($\%$) and grew better when they were fed rotifers that had eaten non-manipulated C. utilis. However, the nutritional value of this yeast species was still lower than that of Chlorella.
Gastrointestinal tract of ruminants as well as monogastric animals are colonised by a variety of microorganisms including bacteria, fungi and protozoa. Gastrointestinal ecosystem, especially the rumen is emerging as an important source for enrichment and natural selection of microbes adapted to specific conditions. It represents a virtually untapped source of novel products (e.g. enzymes, antibiotics, bacteriocins, detoxificants and aromatic compounds) for industrial and therapeutic applications. Several gastrointestinal bacteria and fungi implicated in detoxification of anti-nutritional factors (ANFs) can be modified and manipulated into promising system for detoxifying feed stuffs and enhancing fibre fermentation both naturally by adaptation or through genetic engineering techniques. Intestinal lactobacilli, bifidobacteria and butyrivibrios are being thoroughly investigated and widely recommended as probiotics. Restriction endonucleases and native plasmids, as stable vectors and efficient DNA delivery systems of ruminal and intestinal bacteria, are increasingly recognised as promising tools for genetic manipulation and development of industrially useful recombinant microbes. Enzymes can improve the nutrient availability from feed stuffs, lower feed costs and reduce release of wastes into the environment. Characterization of genes encoding a variety of commercially important enzymes such as cellulases, xylanases, $\beta$-glucanases, pectinases, amylases and phytases will foster the development of more efficacious and viable enzyme supplements and enzyme expression systems for enhancing livestock production.
This experiment was carried out to develop the model system for mass production of biomedical and nutritional proteins (human proteins) through mamraary gland of the transgenic cattle produced by gene manipulation and embryological technologies. Human growth hormone gene fused with rat $\beta$-casein gene promoter was microinjected into pronuclei of one cell bovine embryos produced by in vitro fertilization. After microinjection, embryos were cultured in vitro for 6 or 7 days. Twenty embryos reaching to blastocysts were transferred to 10 beef recipients, each receiving two embryos. Recipients were diagnosed for pregnancy by rectal palpation at 76 days after embryo transfer. One of them was pregnant to term and produced a female calf weighing 21 kg at 280 days following embryo transfer. DNA was extracted from umbilical cord tissue and blood of calf born for confirming gene insertion. As determined by Southern hybridization, the transgene was not found.
The consumer demands for quality of meats has become diverse in recent years. The present paper describes mainly the technology to improve the broiler meat quality with special reference to reducing fat contents in edible meats which is the heart of the quality constraints. Abdominal fat deposition in broilers was reduced by feeding of medium-chain triglycerides(MCT), suggesting MCT feeding is useful to produce broiler meat with low fat content. A phase feeding system to aim at improving meat quality that is mainly comprised with partial replacement of dietary protein into phase during 4∼6 weeks increased edible meat yields and reduced abdominal fat deposition and fat contents in breast and thigh meats. Whiteness of fat tissue was intensified by feeding beef tallow or lard in place of yellow grease. Feeding Phaffia yeast containing astaxanthin increased redness of breast and thigh meats and improved visual appearance of meats which may be preferential for consumers. Feeding fish oil reduced abdominal fat deposition and increased EPA and DHA contents of fat tissues. These procedures could be used for manipulation of meat quality to meet consumer demands.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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