Kobayashi, Y.;Suda, K.;Wakita, M.;Baran, M.;Hoshino, S.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.9
no.1
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pp.45-49
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1996
A series of in vitro experiments was conducted to investigate response of rumen bacterial deamination to the ionophore salinomycin. Addition of salinomycin to the inoculum, strained rumen fluid, depressed ammonia production from casein, while increased accumulation of ${\alpha}$-amino acids. This suggests an inhibitory effect of salinomycin on ruminal deamination. When the effect in washed bacterial suspension was monitored with individual amino acid, aspartic acid degradation was markedly inhibited by salinomycin. This inhibition was not observed when the mixed rumen bacteria were ultrasonically disrupted and used as the enzyme source. Extent of the inhibition tended to be higher in the bacteria source from sheep on a high roughage diet. From these results it was speculated that the inhibition of deamination with salinomycin is caused by a decreased transport of amino acid into the bacterial cells as well as a decreased proportion of deaminating bacteria in the rumen.
Rumen bacterial amino acids in sheep on urea diet were monitored to assess a possible change in amino acid synthesis as a long term response to high rumen ammonia environment. A sheep was fed a semipurified diet with soybean meal, followed by a diet with urea as a main nitrogen source. Mixed rumen bacteria were harvested from ruminal fluid taken 3 h after feeding (twice in soybean meal feeding and 6 times in urea feeding) and fractionated as cell wall, proteins and protein-free cell supernatant of monitor amino acids in each fraction. Ruminal ammonia concentration at the sampling ranged from 5.7 to 39.5 mgN/dl. Cell wall and protein fractions of mixed rumen bacteria were stable in their amino acid composition regardless of nitrogen sources of diet and the feeding duration. However, protein-free cell supernatant fraction showed a higher alanine proportion with urea feeding (18.6 and 28.2 molar % of alanine for samples from sheep fed soybean meal and urea, respectively) and its duration (20.6 and 32.9 molar % for samples from sheep on urea diet for 1 and 65 days, respectively). Total free amino acid level of bacteria was depressed in the initial period of urea feeding but restored on 65th day of the feeding. These results suggest that an alanine synthesizing system may develop in rumen bacteria as urea feeding becomes longer.
Among rumen microbes, bacteria play important roles in the biological degradation of plant fiber due to their large biomass and high activity. To maximize the utilization of fiber components such as cellulose and hemicellulose by ruminant animals, the ecology and functions of rumen bacteria should be understood in detail. Recent genome sequencing analyses of representative fibrolytic bacterial species revealed that the number and variety of enzymes for plant fiber digestion clearly differ between Fibrobacter succinogenes and Ruminococcus flavefaciens. Therefore, the mechanism of plant fiber digestion is also thought to differ between these two species. Ecology of individual fibrolytic bacterial species has been investigated using pure cultures and electron microscopy. Recent advances in molecular biology techniques complement the disadvantages of conventional techniques and allow accurate evaluation of the ecology of specific bacteria in mixed culture, even in situ and in vivo. Molecular monitoring of fibrolytic bacterial species in the rumen indicated the predominance of F. succinogenes. Nutritive interactions between fibrolytic and non-fibrolytic bacteria are important in maintaining and promoting fibrolytic activity, mainly in terms of crossfeeding of metabolites. Recent 16S rDNA-based analyses suggest that presently recognized fibrolytic species such as F. succinogenes and two Ruminococcus species with fibrolytic activity may represent only a small proportion of the total fibrolytic population and that uncultured bacteria may be responsible for fiber digestion in the rumen. Therefore, characterization of these unidentified bacteria is important to fully understand the physiology and ecology of fiber digestion. To achieve this, a combination of conventional and modern techniques could be useful.
The objective of this study was to confirm biohydrogenation of linoleic acid and stearic acid production by mixed men fungi and bacteria. In mixed fungal biohydrogenation study, when linoleic acid solution was added to fungal culture (after 24 hr pre-incubation), all linoleic acids were converted to trans-11 vaccenic acid via cis-9, trans-11 conjugated linoleic acid production within 24 hr period of incubation. All linoleic acid solution was hydrogenated to trans-11 vaccenic acid within 24 hr incubation and this was continued until the end of incubation (48 hr). Both treatments (added linoleic acid solution or the same amount of solution without containing linoleic acid into fungal cultures) produced the similar amount of stearic acid. In contrast, 100% of linoleic acid solution was hydrogenated to stearic acid in mixed bacterial culture. It is concluded that the end product of mixed fungal biohydrogenation of linoleic acid is trans-11 vaccenic acid whereas mixed bacteria produced stearic acid as an end product of their biohydrogenation.
Effect of a surfactant Tween 80 on the bacterial growth in the rumen was examined on the in vitro pure cultures of Streptococcus bovis, Selenomonas ruminantium, Butyrivibrio fibrisolvens, Prevotella ruminicola, Megasphaera elsidenni, Fibrobacta succinogenes, Ruminanococcus albus and Ruminococcus flavefaciens. Dry matter degradability (DMD), concentrations and compositions of volatile fatty acids (VFA), and the most probable number (MPN) of cellulolytic bacteria and total number of bacteria in the presence of Tween 80 were also examined on the in vitro rumen mixed culture either with barley grain or orchardgrass hay. The growth of S. bovis, S. ruminantium, B. fibrisolvens, P. ruminicola, M. elsidenni and F. succinogenes were significantly higher (p<0.05) at over 0.05% concentrations of Tween 80 than those of the control cultures, while was not changed with R. albus and R. flavefaciens. With rumen mixed culture the DMD of barley grain and orchardgrass hay was significantly higher (p<0.05) at a 0.2% concentration of Tween 80 than the control, being reflected in the significantly higher (p<0.05) VFA production (mmol $g^{-1}$DDM) with orchardgrass hay. The higher (p<0.05) ratio of propionate to acetate at a 0.2% concentration of Tween 80 was also observed with orchardgrass hay, showing a similar trend with barley grain. No changes in the total bacterial number and MPN of cellulolytic bacteria were observed.
Journal of The Korean Society of Grassland and Forage Science
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v.39
no.3
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pp.132-140
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2019
Fermented total mixed ration (TMR) is a novel feed for ruminants in South Korea. The purpose of this study was to evaluate the effects of lactic acid bacteria (LAB) on the quality of TMR and in vitro ruminal fermentation. Strains of three LAB spp. (Lactobacillus plantarum, L. brevis, L. mucosae) were used in fermentation of TMR. Inoculations with the three LAB spp. lowered pH and increased concentrations of lactic acid, acetic acid, and total organic acid compared to non-LAB inoculated control (only addition of an equivalent amount of water) (p<0.05). Bacterial composition indicated that aerobic bacteria and LAB were higher. However, E. coli were lower in the fermented TMR than those in the control treatment (p<0.05). Among the treatments, L. brevis treatment had the highest concentration of total organic acid without fungus detection. Gas production, pH, and ammonia-nitrogen during ruminal in vitro incubation did not differ throughout incubation. However, ruminal total VFA concentration was higher (p<0.05) in the LAB spp. treatments than the control treatment at 48 hours. Overall, the use of L. brevis as an inoculant for fermentation of high moisture. TMR could inhibit fungi growth and promote lactic fermentation, and enhance digestion in the rumen.
Reina, Asa;Tanaka, A.;Uehara, A.;Shinzato, I.;Toride, Y.;Usui, N.;Hirakawa, K.;Takahashi, J.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.23
no.6
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pp.700-707
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2010
Effects of protease-resistant antimicrobial substances (PRA) produced by Lactobacillus plantarum and Leuconostoc citreum on rumen methanogenesis were examined using the in vitro continuous methane quantification system. Four different strains of lactic acid bacteria, i) Lactococcus lactis ATCC19435 (Control, non-antibacterial substances), ii) Lactococcus lactis NCIMB702054 (Nisin-Z), iii) Lactobacillus plantarum TUA1490L (PRA-1), and iv) Leuconostoc citreum JCM9698 (PRA-2) were individually cultured in GYEKP medium. An 80 ml aliquot of each supernatant was inoculated into phosphate-buffered rumen fluid. PRA-1 remarkably decreased cumulative methane production, though propionate, butyrate and ammonia N decreased. For PRA-2, there were no effects on $CH_4$ and $CO_2$ production and fermentation characteristics in mixed rumen cultures. The results suggested that PRA-1 reduced the number of methanogens or inhibited utilization of hydrogen in rumen fermentation.
Total mixed ration (TMR) including concentrate diet and roughage together have been used for the ruminant animal. Relatively high concentrations of moisture and water soluble carbohydrate are representative feature of TMR. Those moisture and water can also provide a niche for bacterial growth. Therefore, a possible fermentation of TMR induced by micro-organism is generally accepted. The present study hypothesized that different lactic acid bacteria could alter fermentation of TMR and subsequently rumen fermentation. Three lactic acid bacteria, Lactobacillus paracasei (A), L. plantarum (B) and L. parabuchneri (C), were employed and 7 treatments under full factorial design were compared with control without inoculation. TMR for dairy cow was used. Significant alterations by treatments were detected at lactic acid and butyric acid contents in TMR (p<0.05). Treatment AC (mixture of A and C) and BC (mixture of B and C) showed great lactate production. Great butyrate production was found at treatment C. At in vitro rumen fermentation, treatments B, C and AB (mixture of A and B) showed significantly great total gas production (p<0.05). All treatments except treatments B and AB, showed less dry matter digestibility, significantly (p<0.05). Total volatile fatty acid production at treatment AC was significantly greater than others (p<0.05). In individual volatile fatty acid production, treatment AB and AC showed great acetate and propionate productions, significantly (p<0.05). This study investigated correlation between organic acid production in TMR and rumen volatile fatty acid production. And it was found that butyric acid in TMR had significant negative correlation with acetate, propionate, total volatile fatty acid, AP ratio and dry matter digestibility.
Peptides are formed in the rumen as the result of microbial proteinase activity. The predominant type of activity is cysteine ptoteinase, but others, such as serine proteinases, are also present. Many species of protozoa, bacteria and fungi are involved in ptoteolysis; large animal-to-animal variability is found when proteinase activities in different animals are compared. The peptides formed from proteolysis are broken down to amino acids by peptidases. Different peptides are broken down at different rates, depending on their chemical composition and particularly their N-terminal structure. Indeed, chemical addition to the N-terminus of small peptides, such as by acetylation, causes the peptides to become stable to breakdown by the rumen microbial population; the microorganisms do not appear to adapt to hydrolyse acetylated peptides even after several weeks exposure to dietary acetylated peptides, and the amino acids present in acetylated peptides are absorbed from the small intestine. The amino acids present in some acetylated peptides remain available in nutritional trials with rats, but the nutritive value of the whole amino acid mixture is decreased by acetylation. The genus Prevotella is responsible for most of the catabolic peptidase activity in the rumen, via its dipeptidyl peptidase activities, which release dipeptides rather than free amino acids from the N-terminus of oligopeptides. Studies with dipeptidyl peptidase mutants of Prevotella suggest that it may be possible to slow the rate of peptide hydrolysis by the mixed rumen microbial population by inhibiting dipeptidyl peptidase activity of Prevotella or the rate of peptide uptake by this genus. Peptides and amino acids also stimulate the growth of rumen microorganisms, and are necessary for optimal growth rates of many species growing on tapidly fermented substrates; in rich medium, most bacteria use pre-formed amino acids for more than 90% of their amino acid requirements. Cellulolytic species are exceptional in this respect, but they still incorporate about half of their cell N from pre-formed amino acids in rich medium. However, the extent to which bacteria use ammonia vs. peptides and amino acids for protein synthesis also depends on the concentrations of each, such that preformed amino acids and peptides are probably used to a much lesser extent in vivo than many in vitro experiments might suggest.
An in vitro study was conducted to examine the effect of monensin or fish oil addition on bio-hydrogenation of $C_{18^-} unsaturated fatty acids and CLA production by mixed ruminal bacteria when incubated with safflower oil. Commercially manufactured concentrate (1%, w/v) with safflower oil (0.2%, w/v) were added to mixed solution (600 ml) of strained rumen fluid and McDougalls artificial saliva (control). Monensin $Rumensin^{(R)}$, 10 ppm, w/v, MO), mixed fish oil (0.02%, w/v, absorbed to 0.2 g alfalfa hay, FO) or similar amounts of monensin and fish oil (MO+FO) to MO and FO was also added into the control solution. All the culture solutions prepared were incubated in the culture jar anaerobically at $39^{\circ}C$ up to 12 h. Higher pH (p<0.047) and ammonia concentration (p<0.042) were observed from the culture solution containing MO at 12 h incubation than those from the culture solutions of control or FO. The MO supplementation increased (p<0.0001-0.007) propionate proportion of culture solution but reduced butyrate proportion at 6 h (p<0.018) and 12 h (p<0.001) of incubations. Supplementation of MO or MO+FO increased (p<0.001) the proportions of $C_{18:2}$. The MO alone reduced (p<0.022-0.025) the proportion of c9,t11-CLA compared to FO in all incubation times. The FO supplementation increased the proportion of c9,t11-CLA. An additive effect of MO to FO in the production of c9,t11-CLA was observed at 6 h incubation. In vitro supplementation of monensin reduced hydrogenation of $C_{18^-}$UFAs while fish oil supplementation increased the production of CLA.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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