• 제목/요약/키워드: R. flavefaciens

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Real-Time PCR 기법을 이용한 반추위 섬유소분해 박테리아의 부착과 조사료 분해에 관한 연구 (Study on Roughage Degradation and Adhesion of Rumen Fibrolytic Bacteria by Real-Time PCR)

  • 성하균
    • 한국초지조사료학회지
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    • 제34권1호
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    • pp.60-67
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    • 2014
  • 본 연구는 조사료의 반추위 발효가 진행됨에 따른 볏짚표면에 부착된 섬유소 분해 박테리아의 군집변화와 섬유소 소화율을 비교 관측하기 위하여 볏짚의 in situ 반추 발효를 실시하였다. 그리고 부착 박테리아의 군집 변화를 측정하기 위하여 RT-PCR 기법을 이용하여 F. succinogenes. R. albus와 R. flavefaciens의 군집을 모니터링 하였다. 본 연구를 수행하기 위하여 in situ 볏짚 발효를 0. 2, 4, 8, 12, 24시간 실시하였을 때 반추위내 볏짚의 in situ 분해는 발효 시간이 진행됨에 따라 가속화되어 발효 8~12시간 사이에 최고 분해 속도를 나타내었으나, F. succinogenes, R. flavefaciens과 R. albus는 모두 발효 0~1시간 사이에 볏짚 표면에 부착이 80% 이상 완료되어 이후 발효가 계속 진행되는 동안 일정 수준의 군락을 유지하는 것이 발견되었다. 그리고 반추위내 유입된 조사료의 표면에 초기 부착과정을 관찰하기 위하여 0, 5, 10, 30 및 60분 간격으로 볏짚의 in situ 샘플을 채취하여 조사하였을 때 F. succinogenes, R. flavefaciens 및 R. albus의 군락 모두 볏짚이 반추위 유입 후 5분 내에 상당량의 수가 부착함을 발견하였다. 또한 조사료의 반추위 발효 용이성에 따른 섬유소 분해 박테리아의 부착 정도를 관찰하기 위하여 0, 2, 4 및 8% NaOH를 처리한 볏짚을 12 및 24시간 in situ 배양 볏짚의 소화율과 부착 박테리아의 군집 변화를 관측하였을 때, 볏짚의 NaOH 처리 농도가 높아짐에 따라 in situ 소화율이 증가하였으며, 동시에 부착된 박테리아 군집의 증가 경향이 F. succinogenes, R. flavefaciens 및 R. albus의 3균주 모두 배양 12시간에 나타났으나 배양 24시간에서는 각기 다른 양상을 나타냈다. 따라서 본 연구결과는 반추위내 섬유소 발효과정에서 섬유소 분해 박테리아의 부착은 조사료의 반추위 유입 초기에 반드시 이루어지고, 발효 시간이 진행됨에 따라 조사료 표면에 안정된 군락을 형성하며, 섬유소 분해가 가속화된다는 사실을 보여 주었다.

반추동물용 사료첨가제개발을 위한 홀스타인 젖소의 반추위로부터 분리한 혐기성 섬유소 분해균의 특성연구 (Isolation of Anaerobic Cellulolytic Bacteria from the Rumen of Holstein Dairy Cows to Develop Feed Additives for Ruminants)

  • 최낙진;이기영;정광화;김창현
    • 한국유기농업학회지
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    • 제20권3호
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    • pp.327-343
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    • 2012
  • In order to develop a high cellulolytic direct-fed microorganism (DFM) for ruminant productivity improvement, this study isolated cellulolytic bacteria from the rumen of Holstein dairy cows, and compared their cellulolytic abilities via DM degradability, gas production and cellulolytic enzyme activities. Twenty six bacteria were isolated from colonies grown in Dehority's artificial (DA) medium with 2% agar and cultured in DA medium containing filter paper at $39^{\circ}C$ for 24h. 16s rDNA gene sequencing of four strains from isolated bacteria showed that H8, H20 and H25 strains identified as Ruminococcus flavefaciens, and H23 strain identified as Fibrobacter succinogenes. H20 strain had higher degradability of filter paper compared with others during the incubation. H8 (R. flavefaciens), H20 (R. flavefaciens), H23 (F. succinogenes), H25 (R. flavefaciens) and RF (R. flavefaciens sijpesteijn, ATCC 19208) were cultured in DA medium with filter paper as a single carbon source for 0, 1, 2, 3, 4 and 6 days without shaking at $39^{\circ}C$, respectively. Dry matter degradability rates of H20, H23 and H25 were relatively higher than those of H8 and RF since 2 d incubation. The cumulative gas production of isolated cellulolytic bacteria increased with incubation time. At every incubation time, the gas production was highest in H20 strain. The activities of carboxymethylcellulase (CMCase) and Avicelase in the culture supernatant were significantly higher in H20 strain compared with others at every incubation time (p<0.05). Therefore, although further researches are required, the present results suggest that H20 strain could be a candidate of DFM in animal feed due to high cellulolytic ability.

Effects of Methylcellulose on Cellulolytic Bacteria Attachment and Rice Straw Degradation in the In vitro Rumen Fermentation

  • Sung, Ha Guyn;Kim, Min Ji;Upadhaya, Santi Devi;Ha, Jong K.;Lee, Sung Sill
    • Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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    • 제26권9호
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    • pp.1276-1281
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    • 2013
  • An in vitro experiment was conducted to evaluate the effect of methylcellulose on the attachment of major cellulolytic bacteria on rice straw and its digestibility. Rice straw was incubated with ruminal mixture with or without 0.1% methylcellulose (MC). The attachment of F. succinogenes, R. flavefaciens and R. albus populations on rice straw was measured using real-time PCR with specific primer sets. Methylcellulose at the level of 0.1% decreased the attachment of all three major cellulolytic bacteria. In particular, MC treatment reduced (p<0.05) attachment of F. succinogenes on rice straw after 10 min of incubation while a significant reduction (p<0.05) in attachment was not observed until 4 h incubation in the case of R. flavefaciens and R. albus. This result indicated F. succinogenes responded to MC more sensitively and earlier than R. flavefaciens and R. albus. Dry matter digestibility of rice straw was subsequently inhibited by 0.1% MC, and there was a significant difference between control and MC treatment (p<0.05). Incubated cultures containing MC had higher pH and lower gas production than controls. Current data clearly indicated that the attachment of F. succinogenes, R. flavefaciens and R. albus on rice straw was inhibited by MC, which apparently reduced rice straw digestion.

Microbial Evaluation of Fodder Tree Leaves as Ruminant Feed

  • Odenyo, A.A.;Osuji, P.O.;Negassa, D.
    • Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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    • 제12권5호
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    • pp.708-714
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    • 1999
  • Fermentation of legume fodder tree leaves by rumen microorganisms was evaluated. The substrates were sun-dried, ground leaves. Gas and volatile fatty acid (VFAs) production were estimated. Using gas production as an index of fermentation at 12 h, the leaves tested ranked as follows; Chamaecytisus palmensis>Gliricidia sepium>Sebania sesban>Tephrosia bracteolate>Leucaena pallida>Vernonia amygdalina>Acacia sieberiana>Sesbania goetzei>Acacia angustissima. Using VFA production, the ranking was a follows; G. sepium>S. sesban>S. goetzei>L. pallida>C. palmensis/V. amygdalina>T. bracteolate> A. sieberiana>A. angustissima. Absolute gas or VFA production rates, were also used to rank the leaves. Extracts (70% acetone) of A. angustissima inhibited the growth of Ruminococcus albus 8, R. flavefaciens FD-1, Prevotella ruminicola D3ID and Streptococcus bovis JBI while the trowth of Selenomonas ruminantium D was depressed when 0.6 ml exracts were added. C. palmensis water extracts enhanced cellulose hydrolysis by R. flavefaciens FD-1. All extracts reduced celluloysis by R. albus 8. R. flavefaciens FD-1 hydrolyzed more (p<0.001) cellulose than R. albus 8.

In Vitro 반추위 발효를 통한 볏짚 분해와 섬유소 박테리아 군집 변화의 관계 연구 (Study on the Relationships between Rice Straw Degradation and Changes of Fibrolytic Bacteria Population by in Vitro Rumen Fermentation)

  • 성하균
    • 한국초지조사료학회지
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    • 제37권1호
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    • pp.35-43
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    • 2017
  • 본 연구는 반추동물이 볏짚을 소화하는 과정 중에 주요 섬유소 분해 박테리아의 분포 변화를 연구하여 반추위내 볏짚이용효율을 증진시키기 위한 진보적 연구 자료를 제공하고자 실시하였다. 본 연구를 수행하기 위하여 분쇄 볏짚을 기질로 사용한 In vitro 반추위 발효를 실시하였으며, 배양 0. 4, 8, 12, 48시간에 볏짚 건물 소화율 및 섬유소 분해 박테리아 균수 변화를 조사하였다. 섬유소 분해 박테리아 균수는 F. succinogenes. R. albus와 R. flavefaciens를 대상으로 Quantitative real-time PCR을 이용하여 16S rDNA의 copy No의 log값(Log copy No)을 측정하였다. 섬유소 분해 박테리아의 총 균수는 F. succinogenes, R. albus와 R. flavefaciens의 볏짚 표면 부착 및 배양액내 부유 박테리아의 총합으로 배양 시간에 따라 증식을 하여 24시간에서 최고 군집(29.0 Log copy No)을 형성하고, 이후 감소하였다. 이에 볏짚 소화율도 24시간까지 점점 큰 폭으로 증가하였고, 이후에는 점점 둔화되는 경향을 나타냈다. F. succinogenes, R. flavefaciens 및 R. albus는 배양 시작 즉시 볏짚 표면에 부착이 발생됨을 발견하였으며, 이때 이들의 부착 군집의 비율은 각각 34.5%, 84.4% 및 67.9%로 차지하였다. 그리고 이들 섬유소 분해 박테리아의 볏짚 부착 비율은 모든 균수가 공히 배양 4시간째부터 94.7% 이상 최고 수준에 이르렀고, 부착 균수는 균종에 따라 각각 배양 12시간 또는 24시간째에 최고 수준을 나타냈다. F. succinogenes, R. flavefaciens 및 R. albus의 최고 수준의 볏짚 표면 부착 속도는 배양 12시간에 시작되어 배양 24시간에 각각 10.33, 9.28 및 8.30 Log copy No/h/g DM에 도달하였다. 그리고 섬유소 분해 속도는 표면 부착 속도보다 좀 늦은 배양 24시간에 0.95% DM/h로 최고 정점에 도달하였다. 따라서 본 연구결과는 반추위 발효 진행 과정에서 섬유소 분해 박테리아 총균의 증식에 따라 조사료의 소화가 증가되며, 상당히 많은 섬유소 분해 박테리아들이 조사료 유입과 동시에 표면 부착이 발생하고, 이들 부착 섬유소 분해 박테리아의 활성화가 먼저 진행된 후에 섬유소 분해 활성화가 이루어져야 조사료 소화의 극대화를 가져올 수 있다는 사실을 제시하여 주었다.

비타민 A 급여가 반추위내의 발효성상 및 Ruminococcus flavefaciens의 섬유소 분해율에 미치는 영향 (Effects of Supplementation of Vitamin A on Fermentation Pattern in the Rumen and Cellulose Degradability Ruminococcus flavefaciens)

  • 안종호;김보라
    • Journal of Animal Science and Technology
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    • 제51권5호
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    • pp.379-386
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    • 2009
  • 비타민은 필수영양소로서 가축에서도 비타민제의 사용의 필요성이 인식되고 있는 추세이나 반추동물에서는 아직 비타민의 활성기전 및 효과가 정확히 명시되어 있지 않고 있는 실정이다. 따라서 본 연구는 실험 1에서 비타민 A를 조농비율을 다르게 한 사료로 첨가하여 반추위 내 공급하였을 때 반추위 내의 pH, VFA 생성 및 cellulose 소실율 등에 어떠한 영향을 미치는지를 배양시간별로 조사하였다. 실험 2에서는 반추위내 섬유소분해박테리아인 Ruminococcus flavefaciens를 사용하여 비타민 A의 추가 공급이 섬유소분해박테리아의 가스발생량, 효소활력 등에 영향을 미치는 지를 조사하였다. 실험 1의 결과 pH는 저농후사료구에서 고농후사료구보다는 높은 경향이 있었으며 Cellulose 소화율은 전반적으로 뚜렷하지는 않았지만 배양초기에 비타민 A 첨가군에서 무첨가군보다 높았고 휘발성지방산의 생성량도 비타민 A 추가 공급시 증가하는 결과가 나타났다. 비타민 A 공급에 따른 Total VFA 생성량은 저농후사료구에서보다 고농후사료구에서 더욱 분명하게 대부분의 배양시간대별로 비타민A 첨가구에서 유의하게 높았다. 이는 사료내 농후사료 함량이 높을수록 비타민 A의 필요성이 더 증가한다고 추정 할 수 있다. 실험 2에서 섬유소분해박테리아 균별 비타민A 첨가 효과를 보기 위하여 Ruminococcus flavefaciens의 Vitamin A 이용성을 가스발생량, 효소활력 등을 조사하였다. R.F는 효소활력부분이 조금 높은 경향을 보였으나 전반적으로 뚜렷하지는 않았다. 즉, R.F.는 비타민 A를 요구하지 않는다고 사료된다. 실험 1과 실험 2의 결과를 종합하여 볼 때 실험 2는 섬유소분해박테리아인 R.F. 균주는 비타민 A를 필요로 하지 않으나, 실험 1의 rumen inoculum을 이용한 in vitro 배양실험 결과 농후사료 함량이 높고 비타민 A를 첨가한 HA구에서 배양초기에 cellulose 소화율 및 VFA 생성량이 높게 나타난 것으로 보아 R.F. 이외의 반추위내 다른 섬유소 분해박테리아가 비타민 A를 이용하였다고 사료된다.

Effects of Methylcellulose on Fibrolytic Bacterial Detachment and In vitro Degradation of Rice Straw

  • Kim, Min Ji;Sung, Ha Guyn;Upadhaya, Santi Devi;Ha, Jong K.;Lee, Sung Sill
    • Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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    • 제26권10호
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    • pp.1459-1465
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    • 2013
  • Two in vitro experiments were conducted to evaluate the effect of methylcellulose (MC) on i) bacterial detachment from rice straw as well as ii) inhibition of bacterial attachment and fiber digestibility. To evaluate the effect of MC on fibrolytic bacterial detachment (Exp 1), in vitro bacterial cultures with 0.1% (w/v) MC solution were compared with cultures without MC after 8 h incubation. The effect of MC on inhibition of bacterial attachment was determined by comparing with real-time PCR the populations of F. succinogenes, R. flavefaciens and R. albus established on rice straw pre-treated with 0.1% MC with those on untreated straw after incubation for 0, 6 and 12 h (Exp 2). The major fibrolytic bacterial attachment on rice straw showed significantly lower populations with either the addition of MC to the culture or pre-treated rice straw compared to controls (p<0.05). Also, the digestibility of rice straw with MC was significantly lower compared with control (p<0.05). The F. succinogenes population did not show detachment from rice straw, but showed an inhibition of attachment and proliferation on rice straw in accordance with a decrease of fiber digestion. The detachments of Ruminococcus species co-existed preventing the proliferations with subsequent reduction of fiber degradation by MC during the incubation. Their detachments were induced from stable colonization as well as the initial adhesion on rice straw by MC in in vitro ruminal fermentation. Furthermore, the detachment of R. albus was more sensitive to MC than was R. flavefaciens. These results showed the certain evidence that attachment of major fibrolytic bacteria had an effect on fiber digestion in the rumen, and each of fibrolytic bacteria, F. succinogenes, R. flavefaciens and R. albus had a specific mechanism of attachment and detachment to fiber.

NECESSITY OF READY ELECTRON DISPOSAL AND INTERSPECIES HYDROGEN TRANSFER FOR THE UTILIZATION OF ETHANOL BY RUMEN BACTERIA

  • Hino, T.;Mukunoki, H.;Imanishi, K.;Miyazaki, K.
    • Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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    • 제5권3호
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    • pp.511-517
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    • 1992
  • Ethanol was utilized by mixed rumen microbes, but addition of pentachlorophenol (25 mg/l), a methanogen inhibitor, suppressed the utilization of ethanol. Carbon monoxide (50% of the gas phase), a hydrogenase inhibitor, more strongly suppressed the utilization of ethanol, propanol, and butanol. These results suggest that the major ethanol utilizers are $H_2$ producers. Ethanol utilization was depressed at low pH (below 6.0). Since methanogens were shown to be relatively resistant to low pH, it appears that ethanol utilizers are particularly sensitive to low pH. Ruminococcus albus and R. flavefaciens in mono-culture produced ethanol from carbohydrate (glucose and cellobiose), even when a high level (170 mM) of ethanol was present. Ethanol was not utilized even in the absence of carbohydrate, but the co-culture of these bacteria with methanogens resulted in the utilization of ethanol, i.e., when $H_2$ was rapidly converted to $CH_4$, R. albus and R. flavefaciens utilized ethanol. These results suggest that ethanol is utilized when the electrons liberated by the oxidation of ethanol are rapidly removed, and ready electron disposal in ethanol-utilizing, $H_2$-producing bacteria is accomplished by the interspecies transfer of $H_2$.

Genomic and Proteomic Analysis of Microbial Function in the Gastrointestinal Tract of Ruminants - Review -

  • White, Bryan A.;Morrison, Mark
    • Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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    • 제14권6호
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    • pp.880-884
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    • 2001
  • Rumen microbiology research has undergone several evolutionary steps: the isolation and nutritional characterization of readily cultivated microbes; followed by the cloning and sequence analysis of individual genes relevant to key digestive processes; through to the use of small subunit ribosomal RNA (SSU rRNA) sequences for a cultivation-independent examination of microbial diversity. Our knowledge of rumen microbiology has expanded as a result, but the translation of this information into productive alterations of ruminal function has been rather limited. For instance, the cloning and characterization of cellulase genes in Escherichia coli has yielded some valuable information about this complex enzyme system in ruminal bacteria. SSU rRNA analyses have also confirmed that a considerable amount of the microbial diversity in the rumen is not represented in existing culture collections. However, we still have little idea of whether the key, and potentially rate-limiting, gene products and (or) microbial interactions have been identified. Technologies allowing high throughput nucleotide and protein sequence analysis have led to the emergence of two new fields of investigation, genomics and proteomics. Both disciplines can be further subdivided into functional and comparative lines of investigation. The massive accumulation of microbial DNA and protein sequence data, including complete genome sequences, is revolutionizing the way we examine microbial physiology and diversity. We describe here some examples of our use of genomics- and proteomics-based methods, to analyze the cellulase system of Ruminococcus flavefaciens FD-1 and explore the genome of Ruminococcus albus 8. At Illinois, we are using bacterial artificial chromosome (BAC) vectors to create libraries containing large (>75 kbases), contiguous segments of DNA from R. flavefaciens FD-1. Considering that every bacterium is not a candidate for whole genome sequencing, BAC libraries offer an attractive, alternative method to perform physical and functional analyses of a bacterium's genome. Our first plan is to use these BAC clones to determine whether or not cellulases and accessory genes in R. flavefaciens exist in clusters of orthologous genes (COGs). Proteomics is also being used to complement the BAC library/DNA sequencing approach. Proteins differentially expressed in response to carbon source are being identified by 2-D SDS-PAGE, followed by in-gel-digests and peptide mass mapping by MALDI-TOF Mass Spectrometry, as well as peptide sequencing by Edman degradation. At Ohio State, we have used a combination of functional proteomics, mutational analysis and differential display RT-PCR to obtain evidence suggesting that in addition to a cellulosome-like mechanism, R. albus 8 possesses other mechanisms for adhesion to plant surfaces. Genome walking on either side of these differentially expressed transcripts has also resulted in two interesting observations: i) a relatively large number of genes with no matches in the current databases and; ii) the identification of genes with a high level of sequence identity to those identified, until now, in the archaebacteria. Genomics and proteomics will also accelerate our understanding of microbial interactions, and allow a greater degree of in situ analyses in the future. The challenge is to utilize genomics and proteomics to improve our fundamental understanding of microbial physiology, diversity and ecology, and overcome constraints to ruminal function.

한우의 반추위로부터 섬유소 분해균의 탐색 및 동정 (Screening and Identification of cellulolytic bacteria in the rumen of Korean native cattle)

  • 김태일;백순용;주이석;윤용덕
    • 미생물학회지
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    • 제34권3호
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    • pp.91-95
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    • 1998
  • 한우의 반추위액에서 섬유소를 분해하는 균주 GPC-1, GPC-2, GNR-1, GNR-2, GNR-3를 선별하였다. 분리주 GPC-1과 GPC-2는 Gram 양성구균이며 편성혐기균으로서 Ruminococcus속으로 분류되었다. 분리주 GNR-1, GNR-2 및 GNR-3는 Gram 음성 간균이며 혐기균으로서 내생포자형성 유무에 따라 포자 형성균인 GNR-3는 Clostridium속으로 분류하고 포자를 형성하지 않은 균은 $H_2S$ 생성유무에 따라 Bacteroides 속과 Butyrivibrio 속으로 분류되었다. 종수준의 동정을 위하여 당분해능과 생화학적 조사를 통하여 GPC-1는 Ruminococcus albus로, GPC-2는 Ruminococcus flavefaciens로, GNR-1는 Bacteroides succinogenes로, GNR-2는 Butyrivibrio fibrisolvens로, GNR-3는 Clostridium cellobioparum로 각각 동정하였다.

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