Bibliographic Metadata

Title
Der Einfluss von Betain Supplementation auf das ruminale Mikrobiom unter osmotischen und thermischen Stressbedingungen in vitro
Additional Titles
Impacts of betaine supplementation on the rumen microbiome under conditions of osmotic and thermal stress in vitro
AuthorTeifl, Lisa
Thesis advisorBauer-Mitlinger, Susanne
Published2018
Date of SubmissionJune 2018
LanguageEnglish
Document typeBachelor Thesis
Keywords (DE)Ruminales Mikrobiom / Osmolalität / Osmotische und thermische Stressbedingungen / Fermentation / Betain
Keywords (EN)Rumen microbiome / Osmolality / Osmotic and thermal stress conditions / Fermentation / Betaine
Restriction-Information
 _
Classification
Abstract (German)

Einleitung: In dieser Arbeit wurden die Auswirkungen von Betain Supplementierung unter osmotischen sowie thermischen Stressbedingungen auf das ruminale Mikrobiom mittels einem in vitro Modell des Pansens (Rusitec) untersucht. Das ruminale Mikrobiom ist ein komplexes Ökosystem, in dem verschiedene Populationen von Bakterien, Pilzen, Archaeen und Protozoen zusammenleben. Diese können im Pansensaft, auf Gewebsoberflächen und Futterpartikeln gefunden werden. Die Mikroorganismen sind für den Abbau und die Fermentation von Futterpartikeln verantwortlich. Die resultierenden Substrate, auch bekannt als flüchtige Fettsäuren (VFA), sind die Hauptenergiequelle von Wiederkäuern. Änderungen in der Ernährung stören die mikrobielle Gemeinschaft des Pansens und beeinflussen die Energieverfügbarkeit des Wirts. Die Synthese und der Transport von intrazellulären Molekülen wie Betain hilft dabei, das Gleichgewicht zwischen der intra- und extrazellulären Wasser- und Ionenverteilung zu halten. Osmolyte ist bekannt, positive Wirkungen auf die Osmolalität des Pansens zu haben und bakterielles Wachstum unter osmotischen Stressbedingungen zu fördern.

Methode: In diesem Experiment wurden unterschiedliche molekularbiologische Methoden wie die DNA-Extraktion und qPCR durchgeführt, um die Auswirkungen sowohl der Betain Supplementierung als auch die des thermischen und osmotischen Stresses auf das Mikrobiom zu ermitteln. Die Proben des Panseninhalts wurden mit unterschiedlichen Anteilen an Betain (Kontrolle, Niedrig, Hoch) sowie verschiedenen thermischen und osmotischen Bedingungen inkubiert. Die anschließende DNA Extraktion erfolgte mittels physikalischer sowie chemischer Zerstörung und säulenbasierter Elution. Nach Messung der DNA Konzentration wurde die relative Quantifizierung der Proben mittels qPCR durchgeführt mit dem Ziel die unterschiedlichen Anteile an Bakterien, Pilze, Archaeen und Protozoen zu bestimmten.

Diskussion: Die Betain Supplementation hatte keinen Einfluss auf das Mikrobiom des Pansens. Darüber hinaus gibt es keine Wechselwirkungen zwischen Betain, Temperatur und Osmolarität. Im Gegensatz dazu hatten jedoch Temperatur und Osmolalität einen Einfluss auf die Populationen von Pilzen, Archaeen und Protozoen.

Abstract (English)

Introduction: In this thesis the effects of betaine supplementation under osmotic and thermal stress conditions on rumen microbiome were evaluated by using the in vitro rumen simulation technique (Rusitec). The rumen microbiome is a complex ecosystem where different populations of bacteria, fungi, archaea and protozoa live together. They can be found in ruminal fluid, attached to host tissue surfaces or associated with feed particles. Ruminal microorganisms are responsible for the breakdown and fermentation of feed particles. The resulting substrates, known as volatile fatty acids (VFA), are the main energy source of ruminants. Changes in diet can lead to disruptions in the rumen microbial community and impact the energy availability for the host. The synthesis and transport of intracellular molecules such as betaine help keeping the balance between intra- and extracellular water and ions distribution. These osmolytes are known to have positive effects on rumen osmolality and promote bacterial growth under osmotic stress conditions.

Methods: Using molecular biological methods such as DNA extraction and qPCR this experiment was performed to determine the impacts of betaine supplementation such as thermal an osmotic stress on rumen microbiome. Samples of rumen contents incubated with different levels of betaine (control, low, high) as well as different thermal and osmotic conditions underwent DNA extraction using chemical and physical disruption and column-based elution. DNA concentration was measured, and samples were analysed for relative quantifies using qPCR targeting rumen bacteria, fungi, archaea and protozoa.

Conclusion: Betaine supplementation had no influences on rumen microbiome. Furthermore, there are no interactions between betaine, temperature and osmolality. However, temperature and osmolality influenced the populations of fungi, archaea and protozoa in vitro.