Distinct Effects of Bovicin HC5 and Virginiamycin on in vitro Ruminal Fermentation and Microbial Community Composition

Abstract

Antibiotics are used as feed additives for cattle to alter rumen fermentation and increase weight gain. However, this practice can potentially lead to the presence of antibiotic residues in milk and meat and the selection of multiresistant bacteria. Bacteriocins have been suggested as an alternative to antibiotics used in animal production. This work aimed to evaluate the in vitro effects of bovicin HC5 and virginiamycin on ruminal fermentation and on microbial community composition. Ruminal fluid was collected from fistulated cows fed corn silage and incubated with Trypticase (15 g L -1). Cultures treated with bovicin HC5 or virginiamycin decreased (P < 0.05) ammonia accumulation by 47.46% and 66.17%, respectively. Bovicin HC5 and virginiamycin also decreased (P < 0.05) the concentration of organic acids and gas production, but the effects were somewhat distinct. Molecular fingerprinting of the microbial community using PCR-DGGE revealed that community structure varied between treatments and were distinct from the controls. These results demonstrate that bovicin HC5 and virginiamycin have distinct effects on ruminal fermentation and modify differently the microbial community composition. These results also expand the knowledge about the effects of antibiotics and bacteriocins on bacterial and archaeal communities involved in protein metabolism in the rumen.

Efeitos de bovicina HC5 e de alfa-ácidos do lúpulo na fermentação ruminal in vitro

“…Estudos demonstram que certos aditivos podem reduzir as perdas decorrentes da desaminação de aminoácidos. Anteriormente, foi observado que a bovicina HC5 foi capaz de reduzir a desaminação e produção de amônia por bactérias mistas do rúmen MOREIRA et al, 2018) ao controle e a bovicina HC5. Há evidências que o uso de extrato de lúpulos em ensaios in vitro foi capaz de inibir a proteólise e a fermentação de aminoácidos por bactérias ruminais .…”

“…A bovicina HC5 foi produzida a partir do cultivo anaeróbio (39 ºC, 24h) da bactéria S. equinus HC5 em meio PC, contendo extrato de levedura (0,5 g / L), tripiticase (1 g / L), solução de carbonato de sódio 8%, glicose (8 g / L), solução A (40 mL / L) e solução B (40 mL / L) . Na etapa de extração o pH da cultura foi ajustado para 7,0, logo após foi aquecido a 70 ºC por 30 minutos e centrifugado (10000 g, 20 min), o sobrenadante foi descartado e o pellet foi ressuspendido em cloreto de sódio ácido (100 mM, pH 2,0, 2 h, 4°C) (MANTOVANI et al 2003;MOREIRA et al, 2018). A purificação foi realizada por meio da técnica de extração em fase sólida (SPE), utilizando um cartucho de extração SPE C18, com a adição do ácido fórmico para a remoção de interferentes e da acetonitrila para as etapas de condicionamento do cartucho e eluição da bovicina HC5, seguida de aquecimento em banho-maria a 90 ºC por 30 min ou até metade do conteúdo do microtubo ter evaporado.…”

“…Em estudo desenvolvido a partir da Técnica de Simulação de Rúmen (RUSITEC), foi avaliado a influência da adição de linhagens de S. bovis no ambiente ruminal, sendo evidenciado efeito na redução do pH(APHALE et al, 2019). O uso da virginiamicina e de bovicina HC5 em cultivo in vitro com liquido ruminal acrescido de Trypticase, também demonstrou efeito na redução do pH ruminal(MOREIRA et al, 2018).Contudo, a utilização de extrato de lúpulo na dieta de ruminantes in vivo não afetou o pH ruminal(UWITUZE et al, 2010). Isto sugere que o uso de forma combinada dos inibidores analisados no presente estudo pode controlar a redução do pH ruminal.…”