RESUMO

Klebsiella variicola is generally known as endophyte as well as lignocellulose-degrading strain. However, their roles in goat omasum along with lignocellulolytic genetic repertoire are not yet explored. In this study, five different pectin-degrading bacteria were isolated from a healthy goat omasum. Among them, a new Klebsiella variicola strain HSTU-AAM51 was identified to degrade lignocellulose. The genome of the HSTU-AAM51 strain comprised 5,564,045 bp with a GC content of 57.2% and 5312 coding sequences. The comparison of housekeeping genes (16S rRNA, TonB, gyrase B, RecA) and whole-genome sequence (ANI, pangenome, synteny, DNA-DNA hybridization) revealed that the strain HSTU-AAM51 was clustered with Klebsiella variicola strains, but the HSTU-AAM51 strain was markedly deviated. It consisted of seventeen cellulases (GH1, GH3, GH4, GH5, GH13), fourteen beta-glucosidase (2GH3, 7GH4, 4GH1), two glucosidase, and one pullulanase genes. The strain secreted cellulase, pectinase, and xylanase, lignin peroxidase approximately 76-78 U/mL and 57-60 U/mL, respectively, when it was cultured on banana pseudostem for 96 h. The catalytically important residues of extracellular cellulase, xylanase, mannanase, pectinase, chitinase, and tannase proteins (validated 3D model) were bound to their specific ligands. Besides, genes involved in the benzoate and phenylacetate catabolic pathways as well as laccase and DiP-type peroxidase were annotated, which indicated the strain lignin-degrading potentiality. This study revealed a new K. variicola bacterium from goat omasum which harbored lignin and cellulolytic enzymes that could be utilized for the production of bioethanol from lignocelluloses.

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RESUMO

Os animais ruminantes possuem algumas modificações em seu trato digestório decorrentes da evolução, tais modificações surgiram principalmente devido ao tipo de dieta desses animais, que é baseada em alimentos com alto teor de fibra. O estômago dos ruminantes é dividido em quatro compartimentos, sendo estes o rúmen, retículo, omaso e abomaso. Os três primeiros compartimentos (rúmen, retículo e omaso) abrigam os microrganismos e, portanto, possuem atividade fermentativa. O abomaso assemelha-se o estômago dos não ruminantes, possuindo epitélio revestido por mucosa com glândulas secretoras de ácido, muco e hormônios. A ingestão de forragem auxilia no desenvolvimento do tamanho e volume do rúmen, retículo e omaso, já a ingestão de alimento concentrado desenvolve as estruturas (papilas ruminais) do rúmen. Para que haja uma digestão dos alimentos de forma eficiente através dos microrganismos quês estão presentes no rúmen, as condições deste devem ser: pH ideal entre 5,5 e 6,8, substrato constante para fermentação, temperatura ideal entre 38 e 42 °C, anaerobiose, potencial redutor e taxa de passagem constante da digesta, além da remoção dos produtos da fermentação (AGCC, CH4, CO2, entre outros gases). Além dessas condições, existem funções motoras, de secreção e absorção do trato digestivo dos ruminantes que são reguladas pela interação dos mecanismos de controle do sistema nervoso central e pelo sistema endócrino, de maneira semelhante aos demais órgãos e sistemas do organismo. A complexa participação dos hormônios a garantir a degradação e absorção dos alimentos, dos quais são fundamentais para o desenvolvimento e produção dos animais ruminantes.

Ruminant animals have some modifications in their digestive tract, due to the evolution, such modifications arose mainly due to the type of diet of these animals, which is based on foods with high fiber content. The stomach of ruminants is divided into four compartments, being the rumen, reticulum, omasum and abomasum. The first three compartments (rumen, reticulum and omasum) harbor the microorganisms and, therefore, have fermentative activity. The abomasum resembles the stomach of non-ruminants, having mucosa-lined epithelium with acid-secreting glands, mucus, and hormones. The ingestion of forage aids in the development of the size and volume of the rumen, reticulum and omasum, while the ingestion of concentrated food develops the structures (ruminal papillae) of the rumen. In order to efficiently digest food through the microorganisms that are present in the rumen the conditions of this should be: ideal pH between 5.5 and 6.8, constant substrate for fermentation, ideal temperature between 38 and 42 °C, anaerobiosis , reducing potential and constant passage rate of the digesta, besides the removal of the products of the fermentation (AGCC, CH4, CO2, among other gases). In addition to these conditions, there are motor functions, secretion and absorption of the digestive tract of ruminants that are regulated by the interaction of central nervous system control mechanisms and the endocrine system, similar to other organs and systems of the body. The complex involvement of hormones will ensure the degradation and absorption of food, which are key to the development and production of ruminant animals.

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Os animais ruminantes possuem algumas modificações em seu trato digestório decorrentes da evolução, tais modificações surgiram principalmente devido ao tipo de dieta desses animais, que é baseada em alimentos com alto teor de fibra. O estômago dos ruminantes é dividido em quatro compartimentos, sendo estes o rúmen, retículo, omaso e abomaso. Os três primeiros compartimentos (rúmen, retículo e omaso) abrigam os microrganismos e, portanto, possuem atividade fermentativa. O abomaso assemelha-se o estômago dos não ruminantes, possuindo epitélio revestido por mucosa com glândulas secretoras de ácido, muco e hormônios. A ingestão de forragem auxilia no desenvolvimento do tamanho e volume do rúmen, retículo e omaso, já a ingestão de alimento concentrado desenvolve as estruturas (papilas ruminais) do rúmen. Para que haja uma digestão dos alimentos de forma eficiente através dos microrganismos quês estão presentes no rúmen, as condições deste devem ser: pH ideal entre 5,5 e 6,8, substrato constante para fermentação, temperatura ideal entre 38 e 42 °C, anaerobiose, potencial redutor e taxa de passagem constante da digesta, além da remoção dos produtos da fermentação (AGCC, CH4, CO2, entre outros gases). Além dessas condições, existem funções motoras, de secreção e absorção do trato digestivo dos ruminantes que são reguladas pela interação dos mecanismos de controle do sistema nervoso central e pelo sistema endócrino, de maneira semelhante aos demais órgãos e sistemas do organismo. A complexa participação dos hormônios a garantir a degradação e absorção dos alimentos, dos quais são fundamentais para o desenvolvimento e produção dos animais ruminantes.(AU)

Ruminant animals have some modifications in their digestive tract, due to the evolution, such modifications arose mainly due to the type of diet of these animals, which is based on foods with high fiber content. The stomach of ruminants is divided into four compartments, being the rumen, reticulum, omasum and abomasum. The first three compartments (rumen, reticulum and omasum) harbor the microorganisms and, therefore, have fermentative activity. The abomasum resembles the stomach of non-ruminants, having mucosa-lined epithelium with acid-secreting glands, mucus, and hormones. The ingestion of forage aids in the development of the size and volume of the rumen, reticulum and omasum, while the ingestion of concentrated food develops the structures (ruminal papillae) of the rumen. In order to efficiently digest food through the microorganisms that are present in the rumen the conditions of this should be: ideal pH between 5.5 and 6.8, constant substrate for fermentation, ideal temperature between 38 and 42 °C, anaerobiosis , reducing potential and constant passage rate of the digesta, besides the removal of the products of the fermentation (AGCC, CH4, CO2, among other gases). In addition to these conditions, there are motor functions, secretion and absorption of the digestive tract of ruminants that are regulated by the interaction of central nervous system control mechanisms and the endocrine system, similar to other organs and systems of the body. The complex involvement of hormones will ensure the degradation and absorption of food, which are key to the development and production of ruminant animals. (AU)

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The effect of termination of steers in a feedlot using the total substitution of soybean meal by slow-release or agriculture urea on the non-carcass components was evaluated. Twenty-seven purebred and Charolais × Nellore castrated crossbred steers (mean age 20 months, mean initial weight 293 kg) were allocated to received concentrates containing slow degradation urea, soybean meal, or agricultural urea. The experimental design was in randomized blocks (breed predominance), with three treatments and nine replicates, with the animal being the experimental unit. Diets did not lead to significant differences in empty body weight (EBW). The similarity between treatments was also verified in relation to EBW/slaughter weight, with mean values of 0.87 for treatments containing urea and 0.88 for soybean meal treatment. The gastrointestinal contents, both in absolute weight and in relation to EBW, were similar between the rations evaluated, with mean values of 54.33 kg and 13.52%, respectively. Steers fed with slow-release urea had a 32.8% higher weight of omasum relative to 100 kg of EBW (P 0.05) compared to the animals fed with soybean meal.(AU)

O objetivo do presente estudo foi avaliar o efeito da terminação de novilhos em confinamento, utilizando a substituição total do farelo de soja por ureia protegida ou agrícola sobre os componentes não integrantes da carcaça. Foram utilizados 27 bovinos machos castrados, puros e cruzas Charolês x Nelore, com idade e peso médio inicial de 20 meses e 293 kg respectivamente, distribuídos em três tratamentos: Ureia Protegida concentrado contendo ureia de degradação lenta; Farelo de Soja concentrado contendo farelo de soja; Ureia Agrícola concentrado contendo ureia agrícola. O delineamento experimental utilizado foi de blocos ao acaso (predominância racial), com três tratamentos e nove repetições, sendo o animal a unidade experimental. As dietas não proporcionaram diferenças significativas no peso de corpo vazio (PCV). Semelhança entre os tratamentos também foi verificada na relação peso de corpo vazio/peso de abate, apresentando valores médios de 0,87 para os tratamentos que continham ureias e 0,88 para o tratamento farelo de soja. O conteúdo gastrintestinal tanto em peso absoluto quanto em relação ao peso de corpo vazio apresentou similaridade entre as rações avaliadas, com valores médios de 54,33 kg e 13,52%, respectivamente. Os novilhos que receberam ureia protegida apresentaram maior peso de omaso relativo a 100 kg de PCV (P<0,05) em relação aos animais alimentados com farelo de soja, com superioridade de 32,8%.(AU)

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The effect of termination of steers in a feedlot using the total substitution of soybean meal by slow-release or agriculture urea on the non-carcass components was evaluated. Twenty-seven purebred and Charolais × Nellore castrated crossbred steers (mean age 20 months, mean initial weight 293 kg) were allocated to received concentrates containing slow degradation urea, soybean meal, or agricultural urea. The experimental design was in randomized blocks (breed predominance), with three treatments and nine replicates, with the animal being the experimental unit. Diets did not lead to significant differences in empty body weight (EBW). The similarity between treatments was also verified in relation to EBW/slaughter weight, with mean values of 0.87 for treatments containing urea and 0.88 for soybean meal treatment. The gastrointestinal contents, both in absolute weight and in relation to EBW, were similar between the rations evaluated, with mean values of 54.33 kg and 13.52%, respectively. Steers fed with slow-release urea had a 32.8% higher weight of omasum relative to 100 kg of EBW (P 0.05) compared to the animals fed with soybean meal.

O objetivo do presente estudo foi avaliar o efeito da terminação de novilhos em confinamento, utilizando a substituição total do farelo de soja por ureia protegida ou agrícola sobre os componentes não integrantes da carcaça. Foram utilizados 27 bovinos machos castrados, puros e cruzas Charolês x Nelore, com idade e peso médio inicial de 20 meses e 293 kg respectivamente, distribuídos em três tratamentos: Ureia Protegida – concentrado contendo ureia de degradação lenta; Farelo de Soja – concentrado contendo farelo de soja; Ureia Agrícola – concentrado contendo ureia agrícola. O delineamento experimental utilizado foi de blocos ao acaso (predominância racial), com três tratamentos e nove repetições, sendo o animal a unidade experimental. As dietas não proporcionaram diferenças significativas no peso de corpo vazio (PCV). Semelhança entre os tratamentos também foi verificada na relação peso de corpo vazio/peso de abate, apresentando valores médios de 0,87 para os tratamentos que continham ureias e 0,88 para o tratamento farelo de soja. O conteúdo gastrintestinal tanto em peso absoluto quanto em relação ao peso de corpo vazio apresentou similaridade entre as rações avaliadas, com valores médios de 54,33 kg e 13,52%, respectivamente. Os novilhos que receberam ureia protegida apresentaram maior peso de omaso relativo a 100 kg de PCV (P<0,05) em relação aos animais alimentados com farelo de soja, com superioridade de 32,8%.

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Um novilho normando e outro charolês apresentando distensão abdominal, diarreia intermitente e timpanismo ruminal crônico, que iniciaram após desmame, foram enviados para necropsia. Observou-se ausência de pregas omasais associada à hipoplasia do órgão, assim como redução de tamanho das papilas ruminais e reticulares. Com base nas lesões e histórico, conclui-se que o timpanismo ruminal foi ocasionado pela falha no desenvolvimento do omaso...

Two emaciated juvenile steers, one Normande and one Charolaise breed with abdominal distension, intermittent diarrhea and chronic ruminal bloat that had begun at weaning were necropsied. Absence of the omasal laminae with omasal hypoplasia were found together with loss of ruminal papillae and reticular folds. Based on the lesions and history we concluded that the ruminal bloat was due to a development failure of the omasum...

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Um novilho normando e outro charolês apresentando distensão abdominal, diarreia intermitente e timpanismo ruminal crônico, que iniciaram após desmame, foram enviados para necropsia. Observou-se ausência de pregas omasais associada à hipoplasia do órgão, assim como redução de tamanho das papilas ruminais e reticulares. Com base nas lesões e histórico, conclui-se que o timpanismo ruminal foi ocasionado pela falha no desenvolvimento do omaso.(AU)

Two emaciated juvenile steers, one Normande and one Charolaise breed with abdominal distension, intermittent diarrhea and chronic ruminal bloat that had begun at weaning were necropsied. Absence of the omasal laminae with omasal hypoplasia were found together with loss of ruminal papillae and reticular folds. Based on the lesions and history we concluded that the ruminal bloat was due to a development failure of the omasum.(AU)

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To evaluate the effect of the fractionated nursing system in rumen development were used 12 Holstein calves, with an initial body weight average of 37.0 kg, individually maintained in holding pens. Conventional treatment was made with four liters of milk daily, during 60 days and fractionated nursing was composed by six liters from the 6th until 25th day, four liters of 26 to 45 and two liters from 46 to 59 days of life. Besides that liquid diet, Cynodon sp. hay, water and mineral supplement were freely offered. Food consumption was monitored daily. The animals were weighted weekly at morning, after the delivery of liquid diet. At 60 days, the calves were euthanized and the digestive system was weighted and rumen papillae were microscopically measured. The nursing system did not interfere significantly in concentrate, hay and total dry matter intake. In contrast, fractionated nursing resulted in higher body weight at 60 days and significant increase in absolute weight of digestive tract, rumen-reticulum, omasum and intestines, so as relative weight of omasum, intestines and mitotic index of ruminal papillae. The fractionated nursing system may be a feeding alternative to improve the rumen development and of calves.(AU)

Para avaliar o efeito do sistema de aleitamento fracionado no desenvolvimento ruminal de bezerros leiteiros holandeses, foram utilizados 12 animais, com peso corporal inicial médio de 37,0 kg, alojados individualmente em baias. O tratamento convencional constituiu-se de quatro litros de leite diários durante 60 dias e o fracionado, de seis litros do 6º ao 25º dia; quatro litros dos dias 26 a 45 e dois litros de 46 a 59 dias de vida, além de concentrado, feno de Cynodon sp., água e suplemento mineral, oferecidos livremente. O consumo dos alimentos foi monitorado diariamente e os animais, pesados semanalmente, após o fornecimento da dieta líquida, pela manhã. Aos 60 dias de vida, os animais foram abatidos e realizaram-se pesagens do trato digestivo e medidas histológicas das papilas ruminais. O sistema de aleitamento não interferiu significativamente no consumo de concentrado, de feno, de matéria seca total e no peso corporal final vazio. O aleitamento fracionado resultou em maior peso corporal final, pesos absolutos do trato digestivo, do ruminorretículo, do omaso e dos intestinos, de pesos relativos do omaso e dos intestinos e maior índice mitótico das papilas ruminais. O sistema de aleitamento fracionado pode ser alternativa para melhorar o desenvolvimento ruminal e o desempenho de bezerros.(AU)

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To evaluate the effect of the fractionated nursing system in rumen development were used 12 Holstein calves, with an initial body weight average of 37.0 kg, individually maintained in holding pens. Conventional treatment was made with four liters of milk daily, during 60 days and fractionated nursing was composed by six liters from the 6th until 25th day, four liters of 26 to 45 and two liters from 46 to 59 days of life. Besides that liquid diet, Cynodon sp. hay, water and mineral supplement were freely offered. Food consumption was monitored daily. The animals were weighted weekly at morning, after the delivery of liquid diet. At 60 days, the calves were euthanized and the digestive system was weighted and rumen papillae were microscopically measured. The nursing system did not interfere significantly in concentrate, hay and total dry matter intake. In contrast, fractionated nursing resulted in higher body weight at 60 days and significant increase in absolute weight of digestive tract, rumen-reticulum, omasum and intestines, so as relative weight of omasum, intestines and mitotic index of ruminal papillae. The fractionated nursing system may be a feeding alternative to improve the rumen development and of calves.

Para avaliar o efeito do sistema de aleitamento fracionado no desenvolvimento ruminal de bezerros leiteiros holandeses, foram utilizados 12 animais, com peso corporal inicial médio de 37,0 kg, alojados individualmente em baias. O tratamento convencional constituiu-se de quatro litros de leite diários durante 60 dias e o fracionado, de seis litros do 6º ao 25º dia; quatro litros dos dias 26 a 45 e dois litros de 46 a 59 dias de vida, além de concentrado, feno de Cynodon sp., água e suplemento mineral, oferecidos livremente. O consumo dos alimentos foi monitorado diariamente e os animais, pesados semanalmente, após o fornecimento da dieta líquida, pela manhã. Aos 60 dias de vida, os animais foram abatidos e realizaram-se pesagens do trato digestivo e medidas histológicas das papilas ruminais. O sistema de aleitamento não interferiu significativamente no consumo de concentrado, de feno, de matéria seca total e no peso corporal final vazio. O aleitamento fracionado resultou em maior peso corporal final, pesos absolutos do trato digestivo, do ruminorretículo, do omaso e dos intestinos, de pesos relativos do omaso e dos intestinos e maior índice mitótico das papilas ruminais. O sistema de aleitamento fracionado pode ser alternativa para melhorar o desenvolvimento ruminal e o desempenho de bezerros.

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Cerca de 50% dos ácidos graxos voláteis (AGV) produzidos no ruminoretículo são absorvidos nesse compartimento e outros 50% passam com a fase fluida para o omaso e são absorvidos antes do duodeno. O objetivo deste trabalho foi mensurar a superfície de absorção do ruminoretículo e do omaso comparando-as com a magnitude de absorção. Oito bovinos adultos tiveram seu estômago removido imediatamente após o abate. Os compartimentos do estômago foram separados, pesados e tiveram fragmentos coletados em diversas regiões anatômicas. Procedeu-se a mensuração da área total da superfície interna por meio de captura e análise de imagens digitalizadas. A superfície absortiva do ruminoretículo (7,7 m²) foi maior (P<0,001) do que a do omaso (2,1 m²). A relação superfície/digesta, entretanto, foi maior (P=0,07) no omaso (0,22 m²/Kg) que no ruminoretículo (0,12m²/Kg), representando uma área superficial 83,3% maior no omaso por unidade de digesta. A área de um fragmento do saco ventral do rúmen apresentou correlação positiva (0,84) com a área total da superfície do rúmen, indicando ser possível a estimativa da área total do órgão por meio de biópsia. A superfície absortiva dos compartimentos parece ser compatível com a magnitude de absorção, entretanto, estudos que comparem a taxa fracional de absorção de AGV entre os compartimentos devem ser realizados.(AU)

About 50% of volatile fatty acids (VFA) produced in the reticulorumen are absorbed in this compartment. The other 50% pass with the fluid phase to the omasum and are absorbed before the duodenum. The objective of this experiment was to measure the absorption surface of the reticulorumen and omasum aiming to compare it with the absorption magnitude. Eight adult bovines had their stomachs removed immediately after slaughtering. The stomach compartments were separated and weighed. Fragments were collected from several anatomical regions. Measurements of the total area of the internal surface were taken through image capture and analysis. The reticulorumen absorptive surface (7.7 m²) was larger (P<0.001) than the omasum absorptive surface (2.1 m²). The surface/digest ratio, however, was larger (P=0.07) in the omasum (0.22 m²/kg) than in the reticulorumen (0.12m²/kg), representing an omasum surface area for each digest unit 83.3% larger. The area of one of the rumen ventral sac fragments showed a positive correlation (0.84) with the total rumen surface area, indicating that it is possible to estimate the total rumen area by biopsy. The absorptive surface of the forestomach compartments seem to be compatible with absorption magnitude. However, further studies comparing VFA fractional absorption rate among forestomach compartments should be carried out.(AU)

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The height of each of the laminae of the omasum was measured in 40 especimens of adult Nelore cattle (18 females and 22 males). The laminae were classified as of I, II, III, IV and V orders, according to their decreasing height and their average number was calculated as well as the average  number of cycles (a cycle was considered as the group of laminae centralized by a I order lamina). The average height of the I to V order laminae was 21.77 cm, 6.25 cm, 1.72 cm and 0.05 cm, respectively, in males, and 19.65cm, 11.75 cm, 5.93 cm, 1.94 cm and 0.27 cm, in females. Combining the data of females and males the average number of laminae resulted to be thefollowing: 23.23 cm (I order), 24.25 cm (II order), 44.50 cm (III order), 79.68 cm (IV order), and 23.50 cm (V order). The average number of cycles of laminae was 23.23 cm per organ.

Procurou-se avaliar a medida da altura de cada uma das lâminas do omaso em 40 bovinos da raça Nelore (22 machos e 18 fêmeas), adultos, bem como o núnero médio de freqüência das lâminas de 1a. a 5a. ordens assim consideradas em função do sentido decrescente de sua altura - e, ainda, o núnero médio de ciclos, considerando-se um ciclo o conjunto de lâminas centralizado por uma lâmina de 1a. ordem. A altura média das lâminas de 1a. a 5a. ordem foi, respectivamente, de 21,77 cm, 12,64 cm, 6,25 cm, 1,72 cm e 0,05 cm para os machos e de 19,65 cm, 11,75 cm, 5,93 cm, 1,94 cm e 0,27 cm para as fêmeas. Considerados machos e fêmeas, o número médio de lâminas foi de 23,23 (1a. ordem), 24,25 (2a. ordem), 44,50 cm (3a. ordem), 79,68 (4a. ordem) e 23,50 (5a. ordem). 0 número médio de ciclos de lâminas, encontrado, foi o de 23,23, por órgão.