Štúdie in vitro o vplyve topinamburovej múky a Saccharomyces boulardii na mikrobiálne látky
Z Fyziologického ústavu Univerzity veterinárskeho lekárstva v Hannoveri Štúdie in vitro o vplyve topinamburovej múky a Saccharomyces boulardii na metabolizmus mikrobiálneho lesného nervu NESPRÁVNE ZATVORENIE Získanie titulu doktora veterinárneho lekárstva (Dr. med. Vet.) Univerzitou veterinárneho lekárstva Hannover Hakan Öztürk z Ankary/Turecko Hanover 2003
Vedecký dozor: Univ. Prof. Dr. G. Breves 1. recenzent: Univ. Prof. Dr. G. Breves 2. recenzent: Univ.-Prof. DR. DR. H. c. H.-P. Deň ústnej skúšky Sallmann: 26. novembra 2003 Príprava tejto práce bola podporená grantom Výboru pre turecké univerzity.
Venované mojim rodičom Deste a Mehmet Öztürk
Obsah OBSAH ZOZNAM SKRATIEK. 8 1. ÚVOD. 10 2. PREHĽAD LITERATÚRY. 12 2.1. Prebiotiká. 12 2.2. Probiotiká. 15 2.2.1. Kvasinky ako probiotiká u prežúvavcov. 23 2.3. Kvasinky. 32 2.3.1. Systematika Saccharomyces cerevisiae. 33 2.3.2. Bunková stena Saccharomyces cerevisiae. 33 2.3.3. Chemické zloženie droždia. 36 2.3.4. Saccharomyces boulardii. 40 3. VLASTNÉ VYŠETROVANIA. 42 3.1. Materiál a metódy. 42 3.1.1. Štruktúra a technické údaje. 42 3.1.2. Prevádzka a funkčnosť systému RUSITEC. 44 3.1.3. Chov a kŕmenie zvierat. 47 3.1.4. Odstránenie obsahu bachora. 47 3.1.5. Príprava skúšobnej kŕmnej zmesi. 48 3.2. Implementácia testu a testovacie prístupy. 49 3.2.1. Vyšetrovanie múky z topinamburu. 49 3.2.2. Vyšetrovania so Saccharomyces boulardii. 51 3.2.3. Inaktivácia kvasiniek. 53 3.3. Analytika. 54
Obsah 4.2.3. Vplyv Saccharomyces boulardii na produkciu SCFA. 4.2.3.1. Vplyv Saccharomyces boulardii na celkovú produkciu SCFA. 71 4.2.3.2. Vplyv Saccharomyces boulardii na produkciu octanu. 73 4.2.3.3. Vplyv Saccharomyces boulardii na produkciu propionátu. 74 4.2.3.4. Vplyv Saccharomyces boulardii na produkciu butyrátu. 76 4.2.3.5. Vplyv Saccharomyces boulardii na produkciu izo-valerátu. 77 4.2.3.6. Vplyv Saccharomyces boulardii na produkciu valerátu. 79 4.2.4. Vplyv Saccharomyces boulardii na koncentráciu NH3-N. 80 4.2.5. Vplyv Saccharomyces boulardii na syntézu mikrobiálnych proteínov. 82 4.2.6. Vplyv Saccharomyces boulardii na stráviteľnosť organických látok. 84 5. DISKUSIA. 85 5.1. Posúdenie skúšobnej metódy. 85 5.2. Zámer použitia topinamburovej múky. 88 5.2.1. Vplyv mikrobiálneho metabolizmu bachora na topinamburovú múku. 89 5.3. Zámer použitia Saccharomyces boulardii. 90 5.3.1. Vplyv mikrobiálneho metabolizmu v bachore Saccharomyces boulardii. 90 6. ZHRNUTIE. 98 7. ZHRNUTIE. 101 8. ZOZNAM LITERATÚRY. 104 9. DODATOK. 127 POĎAKOVANIE. 143
Skratky ZOZNAM SKRATIEK Obr. Ilustrácia Aqua dest. destilovaná voda ANOVA Analýza rozptylu atm atmosférický tlak 14 C rádiokarbónový deň DNA deoxyribonukleová kyselina Fer. Fermentor g odstredivé zrýchlenie h hodiny IFN interferón IL interleukín kpa kilopascal µmol mikromol mmol milimol MOS mananoligosacharid mosm miliosmol MPS mikrobiálna syntéza proteínov mv milivolt N ekvivalentná koncentrácia (normálnosť) N dusík N 2 molekula dusíka 15 N N stabilný izotop dusíka s atómovou hmotnosťou 15 u N-N nm NH p PCR f nikotínamid adenín dinukleotid amoniakálny dusík nanometer nie je významný pravdepodobnosť chyby polymerázová reťazová reakcia negatívny dekatický logaritmus koncentrácie vodíkových iónov
Skratky pka záporný logaritmus konštanty kyseliny psi sila libry na štvorcový palec ot./min otáčky za minútu RUSITEC simulačná technika Rumen SAS Statistics Analysis System S.b. Saccharomyces boulardii S.c. Saccharomyces cerevisiae SCFA Mastné kyseliny s krátkym reťazcom SD štandardná odchýlka SHIME Simulácia ľudského intestinálneho mikrobiálneho ekosystému µl mikroliter Tabuľka Tabuľka TCA-cyclus cyklus trikarboxylových kyselín TNF faktor nekrózy nádoru TS sušina VOS strávená organická hmota VQ stráviteľnosť organickej hmoty W/V hmotnosť na objem YPD kvasnicový peptón dextróza Χ XA XF XfE XL XP aritmetický priemer surový popol surová vláknina bezdusíkaté extrakty surový tuk surový proteín
Prehľad literatúry o ľudskej črevnej flóre a súčasne potláča patogénne zárodky (GIBSON et al., 1995; KLEESSEN et al., 1997). Obrázok 1: Štruktúra inulínu (podľa GOODWIN a MERCER, 1983) CH2OH H HO H OH H O H O sacharózový zvyšok HOH 2 C O H H OH CH 2 OH H O HOH 2 C H H OH O OH H CH2
30 O HOH 2 C O H H OH CH 2 OH OH H Vyšetrenia štiepenia a metabolizmu inulínu zmiešaným inokulom bachorových mikroorganizmov a ich frakcií (prvoky, baktérie a bezbunkový extrakt) ukázali, že inulín sa najrýchlejšie metabolizoval zmiešaným inokulom. Z jednotlivých frakcií mala prvoky najvyššiu aktivitu a bezbunkový extrakt najnižšiu rýchlosť metabolizmu. Extrakt získaný z holotrichových prvokov začína degradovať inulín z koncového konca fruktózy (PUNJ et al., 1970). BIGGS a HANCOCK (1998) ukázali, že bachorové mikroorganizmy odstraňujú inulín in vitro v bachorovej šťave z oviec a kráv 14
Použitý prehľad literatúry. S. c. Pozostáva z viac ako 1 000 kmeňov, ale nie všetky sú schopné stimulovať fermentáciu v bachore (NEWBOLD a WALLACE, 1992; NEWBOLD et al., 1995; AGARWAL et al., 2000). Iba niektoré kmene S. c. sa preto používajú. Výsledky opísané v literatúre o týchto probiotických kmeňoch však nie sú jednotné. Spôsob účinku kvasiniek u prežúvavcov ešte nie je úplne známy. Nedávno boli diskutované rôzne možnosti týkajúce sa kvasinkového mechanizmu účinku (obr. 2). Početné štúdie ukazujú, že centrálny účinok kvasiniek je založený na stimulácii rastu a aktivít, najmä celulózových a laktolytických bachorových mikroorganizmov. Obrázok 2: Spôsob pôsobenia kvasiniek v bachore (DAWSON, 1990) Kvasinková kultúra Zvýšené využitie laktátu Stimulácia baktérií v bachore Zvýšené využitie amoniaku Zvýšenie populácie mikróbov (zvýšenie hmotnosti mikróbov) Stabilizácia hodnoty pH Zvýšenie syntézy bielkovín Zvýšenie trávenia surovej vlákniny 24