RESUMO
Abstract Background: Digestibility of fiber in the rumen is not due to enzymatic activity of individual bacteria, but rather to their interaction, which complements their enzymatic functioning. Thus, efficiency of fiber digestion depends on the diversity and density of cellulolytic bacteria. Objective: To estimate in vitro production of biogas, methane, and fermentative characteristics of cobra grass (Brachiaria hibrido) inoculated with ruminal bacteria (RB) in coculture with isolated cellulolytic bacteria (ICB) from bovine (ICBbov) or water buffalo (ICBbuf). Methods: ICBbov and ICBbuf were isolated from ruminal cellulolytic bacteria consortia using specific culture media for cellulolytic bacteria. Both were morphologically characterized and a Gram stain was performed. In the in vitro gas production test, the substrate was cobra grass and the inocula were ruminal bacteria (RB), ICBbov, ICBbuf, Coculturebov (RB + ICBbov) and Coculturebuf (RB + ICBbuf). Biogas and methane (CH4) production, as well as dry matter degradation (DMD) and neutral detergent fiber degradation (NDFD) were measured. A completely randomized design was used. Results: The ICB obtained were Gram positive cocci. Accumulated biogas production at 72 h from ICBbov and ICBbuf was on average 42.11% of that produced by RB. The Coculturebov produced 14.24% more biogas than RB. The CH4 production was lower in ICBbov and ICBbuf than in RB, Coculturebov and Coculturebuf. The DMD and NDFD were not different among RB, Coculturebov and Coculturebuf. The ICBbov degraded 37.10 and 96.34% more DMD and NDFD than ICBbuf (p<0.05). Conclusion: The use of ICB from bovine or water buffalo in coculture with RB does not improve in vitro production of biogas, DMD or NDFD with respect to RB alone.
Resumen Antecedentes: La digestibilidad ruminal de la fibra no se debe a la actividad enzimática individual de las bacterias sino a su interacción para complementar su funcionamiento enzimático. Así, la eficiencia de digestión de la fibra depende de la diversidad y la densidad de las bacterias celulolíticas. Objetivo: Estimar la producción de biogás, metano, y las características fermentativas in vitro del pasto cobra (Brachiaria hibrido) inoculado con bacterias ruminales (BR) en cocultivo con bacterias celulolíticas aisladas (BCA) de bovino (BCAbov) o búfalo de agua (BCAbuf). Métodos: BCAbov y BCAbuf se aislaron de consorcios bacterianos celulolíticos ruminales usando medios de cultivo específicos para bacterias celulolíticas. Ambas se caracterizaron morfológicamente y realizó tinción de Gram. En la prueba de producción de gas in vitro, el sustrato fue pasto cobra y los inóculos fueron bacterias ruminales (BR), BCAbov, BCAbuf, Cocultivobov (BR + BCAbov) y Cocultivobuf (BR + BCAbuf). Se midió la producción de biogás y metano (CH4), así como la degradación de la materia seca (DMS) y de la fibra detergente neutro (DFDN). El análisis estadístico se basó en un diseño completamente al azar. Resultados: Las BCA resultantes se identificaron como cocos Gram positivos. La producción de biogás acumulada a las 72 h por BCAbov y BCAbuf fue en promedio 42,11% del producido por BR. El cocultivobov produjo 14,24% más biogás que BR. La producción de CH4 fue menor en BCAbov y BCAbuf que en BR, cocultivobov y cocultivobuf. Las DMS y DFDN no mostraron diferencias entre BR, cocultivobov y cocultivobuf. La BCAbov degradó 37,10 y 96,34% más DMS y DFDN que BCAbuf (p<0,05). Conclusión: El uso de BCA de bovino o búfalo de agua en cocultivo con BR no mejora la producción de biogás, DMS o DFDN in vitro respecto a BR.
Resumo Antecedentes: A digestibilidade da fibra no rúmen não se deve à atividade enzimática individual das bactérias, mas sim à sua interação para complementar o seu funcionamento enzimático. Assim, a eficiência da digestão das fibras depende da diversidade e densidade das bactérias celulolíticas. Objetivo: Estimar a produção in vitro de biogás, metano e características fermentativas da gramínea de cobra (Brachiaria hibrido) inoculada com bactéria ruminal (BR) em cocultura com bactérias celulolíticas isoladas (BCI) de bovino (BCIbov) ou búfalo de água (BCIbuf). Métodos: BCIbov e BCIbuf foram isolados a partir de consórcios de bactérias celulolíticas ruminais utilizando meios de cultura específicos para bactérias celulolíticas. Ambos foram caracterizados morfologicamente, e foi realizada uma coloração de Gram. No teste de produção de gás in vitro, o substrato era erva de cobra e os inóculos eram bactérias ruminais (BR), BCIbov, BCIbuf, Cocultivobov (BR + BCIbov) e cocultivobuf (BR + BCIbuf). Foram medidas a produção de biogás e metano (CH4), bem como a degradação da matéria seca (DMS) e a degradação da fibra em detergente neutro (DFDN). Foi utilizado um desenho completamente aleatório. Resultados: BCIs eram cocos Gram positivos. A produção acumulada de biogás a 72 h de BCIbov e BCIbuf foi em média 42,11% da produzida por BR. O cocultivobov produziu 14,24% mais biogás do que o BR. A produção de CH4 foi menor em BCIbov e BCIbuf do que BR, cocultivobov e cocultivobuf. DMS e DFDN não eram diferentes entre BR, cocultivobov e cocultivobuf. O BCIbov degradou 37,10 e 96,34% mais DMS e DFDN do que o BCIbuf (p<0,05). Conclusão: A utilização de BCI de bovino ou búfalo de água em cocultura com BR não melhora a produção in vitro de biogás, DMS ou DFDN no que diz respeito a BR.
RESUMO
Abstract Background: Rumen microorganisms have developed a series of complex interactions, representing one of the best examples of symbiosis between microorganisms in nature. Conventional taxonomic methods based on culture techniques are being replaced by molecular techniques that are faster and more accurate. Objective: To characterize rumen bacterial diversity of Nellore steers grazing on tropical pastures by sequencing the 16S rRNA gene using Illumina sequencing. Methods: Three rumen-cannulated Nellore steers were used. The liquid and solid fractions of the rumen contents were processed to extract metagenomic DNA, and the V1 and V2 hypervariable regions of the 16S rRNA gene were sequenced using Illumina sequencing. Results: A total of 11,407,000 reads of adequate quality were generated, and 812 operational taxonomic units (OTUs) were found at the species level. Twenty-seven phyla were identified, and the predominant phyla were Firmicutes (23%), Bacteroidetes (14%), Proteobacteria (10%), Spirochaetes (9%), Fibrobacteres (7%), Tenericutes (5%), and Actinobacteria (2%), which represented 70% of the total phyla identified in the rumen content. Conclusion: Rumen environment in grazing Nellore steers showed high bacterial diversity, with Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, Spirochaetes, and Fibrobacteres as the predominant phyla.
Resumen Antecedentes: Los microorganismos ruminales han desarrollado una serie de interacciones complejas que representan uno de los mejores ejemplos de simbiosis entre microorganismos en la naturaleza. Los métodos taxonómicos tradicionales basados en técnicas de cultivo están siendo reemplazados por técnicas moleculares debido a su mayor velocidad y precisión. Objetivo: Caracterizar la diversidad bacteriana ruminal de novillos Nelore mantenidos en pasturas tropicales mediante la secuenciación del gen 16S RNA utilizando la plataforma de secuenciación Illumina. Métodos: Se utilizaron tres novillos Nelore fistulados en el rumen. Las fracciones líquida y sólida del contenido ruminal fueron procesadas para la extracción del DNA meta genómico y las regiones hipervariables V1 y V2 del gen 16S rRNA fueron secuenciadas usando la plataforma Illumina. Resultados: En total, se generaron 11.407.000 lecturas de calidad adecuada, y en el nivel de especie se encontraron 812 unidades taxonómicas operacionales (OTUs). Se identificaron veintisiete filos, predominantemente Firmicutes (23%), Bacteroidetes (14%), Proteobacteria (10%), Spirochaetes (9%), Fibrobacteres (7%), Tenericutes (5%) y Actinobacteria (2%), los cuales representaron el 70% de los filos identificados en el contenido ruminal. Conclusión: El ambiente ruminal de novillos Nelore en pastoreo presenta una alta diversidad de bacterias, con dominancia de los filos Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, Spirochaetes y Fibrobacteres .
Resumo Antecedentes: Os microrganismos ruminais têm desenvolvido uma serie de complexas interações que representam um dos melhores exemplos de simbiose entre microrganismos na natureza. Os métodos taxonômicos tradicionais baseados em métodos de cultura vêm sendo substituídos por técnicas moleculares que apresentam maior velocidade a acurácia. Objetivo: Caracterizar a diversidade bacteriana ruminal em novilhos Nelore mantidos em pastagens tropicais mediante o sequenciamento do gene 16S rRNA utilizando a plataforma de sequenciamento Illumina. Métodos: Foram utilizados três novilhos Nelore fistulados no rúmen. A fração liquida e solida do conteúdo ruminal foram processadas para extrair o DNA metagenômico, e as regiões hipervariáveis V1 e V2 do gene 16S rRNA foram sequenciadas na plataforma Illumina. Resultados: No total foram geradas 11.407.000 leituras de qualidade adequada, e 812 unidades taxonomicas operacionais (OTUs) foram identificadas no nível de espécie. Foram identificados 27 filos, e houve predominância de Firmicutes (23%), Bacteroidetes (14%), Proteobacteria (10%), Spirochaetes (9%), Fibrobacteres (7%), Tenericutes (5%) e Actinobacteria (2 %), os quais representaram 70% dos filos identificados a partir do rúmen bovino. Conclusão: O ambiente ruminal em novilhos Nelore em pastejo apresentou alta diversidade bacteriana, com Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, Spirochaetes e Fibrobacteres como filos predominantes.
RESUMO
ABSTRACT Objective. To measure the in vitro fermentation variables of a cellulolytic bacteria consortium (CBC) isolated from a water buffalo rumen in coculture with total ruminal bacteria (TRB) on two fibrous substrates. Materials and methods. A CBC was isolated from the ruminal fluid of a female water buffalo in selective cellulolytic media. The experimental design was completely random with a 3x2 factorial arrangement; factors were treatments [TRB, CBC, and coculture (TRB + CBC)] and substrates (cobra grass and corn stover). Total gas and methane (CH4) production were measured at different time intervals. At 72 h, measurements were taken of pH, ammoniacal nitrogen (NH3-N), dry matter degradation (DMD), neutral detergent fiber degradation (NDFD) and total bacteria population. Results. Gas production with both substrates was highest (p≤0.05) in the coculture at 3, 6 and 24 h. At 48 and 72 h, gas production in the cobra grass was highest (p≤0.05) in the coculture. The coculture and TRB did not differ (p>0.05) in terms of CH4, DMD and NDFD values at 48 and 72 h. With the cobra grass, NH3-N concentration was higher (p≤0.05) in the coculture than in the TRB. Conclusions. The gas production and dry matter degradation values of the water buffalo rumen cellulolytic bacteria consortia indicate them to be a promising alternative for improving cobra grass structural carbohydrates degradation when in coculture with bovine ruminal bacteria.
RESUMEN Objetivo. Determinar las variables fermentativas in vitro de un consorcio bacteriano celulolítico (CBC) aislado de una búfala de agua en cocultivo con bacterias ruminales totales (BRT) en sustratos fibrosos. Materiales y métodos. Un CBC se aisló de fluido ruminal de una búfala de agua en medios selectivos celulolíticos. El diseño experimental fue un diseño completamente al azar con arreglo factorial 3x2, los factores fueron tratamientos [BRT, CBC y un cocultivo (BRT + CBC)] y sustratos (pasto pangola y rastrojo de maíz). La producción de gas total y metano (CH4) se midieron a diferentes intervalos de tiempo. Además, se estimó pH, nitrógeno amoniacal (N-NH3), degradación de materia seca (DMS) y de fibra detergente neutro (DFDN), y la población de bacterias totales a 72 h de incubación. Resultados. El cocultivo produjo mayor (p≤0.05) cantidad de gas a las 3, 6 y 24 h en ambos sustratos. A las 48 y 72 h, el cocultivo produjo mayor (p≤0.05) gas en pasto cobra. El cocultivo y las BRT no presentaron diferencias (p>0.05) en la producción de CH4 a 48 y 72 h, y en DMS y DFDN (p>0.05). En el pasto cobra, la concentración de N-NH3 con el cocultivo fue mayor (p≤0.05) que con BRT. Conclusiones. La producción de gas y degradación de materia seca de los consorcios bacterianos celulolíticos procedentes del rumen de una búfala de agua muestran que son una alternativa para mejorar la fermentación de carbohidratos estructurales del pasto cobra cuando se cocultivan con bacterias ruminales bovinas.