In vitro impact of condensed tannins on the caecal metabolites of chickens / Impacto in vitro de taninos condensados nos metabólitos cecais de frangos de corte

Tannins are a diverse group of plant phenolic compounds. Condensed tannins (CTs) represent a major subgroup of tannins and were extracted from tilia (Tilia L.) flowers and black locust (Robinia pseudoacacia) leaves. These extracts were examined for their effects on the metabolic profile of chicken caeca. By using in vitro, a nuclear magnetic resonance (1H-NMR), which was combined with multivariate statistics, the current study was applied for the first time to investigate how three different CT compositions, procyanidins (PC) and/or prodelphinidins (PD) units influenced the metabolic end-products in caecal contents of chickens. In the presence of tannins, glutamate, leucine, lysine, pyroglutamate, phenylalanine, proline, and sarcosine were significantly decreased. CT extracts significantly influenced the fermentation, increasing the concentrations of some fatty acids such as acetate, butyrate, and propionate whereas. In contrast, lactate decreased between the treatments. This study identified the key structural features of CTs that contain either high molar proportions of PD or PC, which might be useful to improve the efficiency of feed utilization in chickens.(AU)

Taninos são um grupo diversificado de compostos fenólicos derivados de plantas. Os taninos condensados (TCs) representam o maior subgrupo de taninos extraídos das flores de tília (Tilia L) e de folhas negras (acácia-bastarda). Estes extratos foram examinados para a avaliação dos seus efeitos no perfil metabólico do ceco de frangos de corte. Com o emprego da ressonância magnética nuclear in vitro (1H-NMR) combinada com estatística multivariada, o presente trabalho foi aplicado pela primeira vez para investigar como três diferentes composições de TCs, unidades de procianidinas (PC) e/ou prodelfinidinas (PD) influenciariam os produtos metabólicos finais dos conteúdos cecais de frangos de corte. Na presença de taninos, houve um significativo decréscimo de glutamato, leucina, lisina, piroglutamato, fenilalanina, prolina e sarcosina. Os extratos de TCs influenciaram significativamente a fermentação, aumentando as concentrações de alguns ácidos graxos, tais como o acetato, butirato e propionato, enquanto em contraste, houve um decréscimo do lactato entre os tratamentos. Este trabalho identificou aspectos estruturais chave que os TCs contêm, tanto as altas proporções molares de PD como as de PC, as quais podem ser úteis para aumentar a utilização de alimentos em frangos de corte.(AU)

Uso de disacáridos y carbón activado para preservar consorcios de bacterias ruminales celulolíticas liofilizadas / Use of disaccharides and activated carbon to preserve cellulolytic ruminal bacterial consortiums lyophilized

RESUMEN Objetivo. Determinar la fermentación in vitro de consorcios bacterianos ruminales celulolíticos (CBC) conservados por liofilización usando carbón activado, maltosa y lactosa como preservadores. Materiales y métodos. Un CBC se aisló de fluido ruminal de una búfala de agua en medios selectivos celulolíticos. Los CBC se liofilizaron con carbón activado (CA), lactosa (LA) o maltosa (MA) como preservadores y sin preservador (SP). El diseño experimental fue completamente al azar para medir biogás a diferentes intervalos de tiempo; así como, un diseño completamente al azar con arreglo factorial 4x3, los factores fueron preservadores (SP, CA, LA y MA) y tiempo de fermentación (24, 48 y 72 h) para pH, nitrógeno amoniacal (N-NH3), degradación de materia seca (DMS) y de fibra detergente neutro (DFDN), actividad enzimática celulasas y la población de bacterias totales. Resultados. LA produjo mayor biogás acumulado a las 72 h y parcial a partir de las 12 h (p≤0.05). SP no mostró diferencias (p>0.05) en celulasas, conteo de bacterias total, DMS y DFDN en los tiempos de fermentación evaluados con el resto de los preservadores. Conclusiones. La producción de biogás parcial y acumulada, el aumento en la tasa de degradación de 8.3 y 91.1 % en la DMS y DFDN de las 24 a 72 h (p≤0.05) con el preservador LA, muestran que la lactosa puede usarse como preservador de bacterias celulolíticas ruminales.

ABSTRACT Objective. To determine in vitro fermentation of cellulolytic ruminal bacterial consortia (CBC) preserved by lyophilization using activated carbon, maltose and lactose as preservatives. Materials and methods. A CBC was isolated from the ruminal fluid of a female water buffalo in selective cellulolytic media. The CBC were lyophilized without preservative (SP), activated carbon (CA), lactose (LA) o maltose (MA) as preservatives. The experimental design was completely random to measure biogas at different time intervals; as well as completely random with 4x3 factorial arrangement, factors were preservative [SP, CA, LA and MA] and fermentation time (24, 48 and 72 h) for pH, ammoniacal nitrogen (NH3-N), dry matter degradation (DMD), neutral detergent fiber degradation (NDFD), enzymatic activity cellulases and total bacteria population. Results. LA produced higher accumulated biogas at 72 h and partial biogas after 12 h (p≤0.05). SP did not show differences (p>0.05) in cellulases, total bacteria population, DMD and NDFD in the fermentation times evaluated with the rest of the preservative. Conclusions. The production of partial and accumulated biogas, the increase in the degradation rate of 8.3 and 91.1% in the DMD and NDFD from 24 to 72 h (p≤0.05) in the LA preservative, show that lactose can be used as a preservative of ruminal cellulolytic bacteria.

Structural-dependent effects of dietary fibers in colon cancer: Focus on dietary fiber naturally changed by the papaya ripening / Efeitos estrutura-dependente das fibras alimentares no câncer de cólon: foco na fibra alimentar naturalmente modificada durante o amadurecimento do mamão papaia

ietary fiber (DF) consumption is related with several healthy benefits such as the decreasing risk of colon cancer development. The DF is not digested by the digestive enzymes and reach to colon where is fermented by the colonic microbiota. The fermentation process releases metabolites as short chain fatty acids (SCFA) such as butyrate, propionate and acetate. Besides the fermentation process, the DF can directly interact with intestinal epithelial cells inducing mechanism that can also be related with the associated DF consumption benefits. The lack of information regarding DF and colon cancer are due to the complexity of both the cancer and the DF structure. The papayas DF are derived from the fruit cell wall, and they are probably naturally modified during ripening through a massive polysaccharide hydrolysis, because papayas show a very fast pulp softening. Due to the lack of information about DF and their beneficial effects to human health as well as the possibility of the natural papaya ripening to modifying the DF presented in the fruit pulp, the present thesis had as the primary objectives: 1) to evaluate how the cell-wall degrading enzymes affect the fruit cell wall solubilization and molecular weight; 2) to investigate the direct effects of the papaya pectin derived from unripe to ripe papayas in cancer cell lines, in galectin-3 interaction and in HEK cells expressing pattern recognition receptors (PRR); 3) to evaluate the human colonic in vitro fermentation using DF from unripe and ripe papayas as substrates; 4) to conduct an in vivo experiment using rats with pre-neoplastic colon lesions while receiving a diet with DF from unripe and ripe papayas. The endopolygalacturonases were the main enzymes acting on the solubilizing papaya cell wall pectin affecting both the papaya firmness and pectin structure. Overall, the papayas DF showed a ripening dependent structureeffects. In the cancer cell lines experiments, the ripe papayas pectin showed a more pronounced effects in inducing cancer cell death, inhibiting cancer cells migration and aggregation, activating PRR as toll-like receptors and inhibiting the pro-metastatic protein galectin-3. The DF from papayas also showed different aspects in colonic in vitro fermentation regarding the DF utilization by the bacteria and the bacteria abundance profile. Lastly, the animals receiving the diet with the DF from ripe papayas had less aberrant crypt foci in colon than the animals that received the DF from unripe papayas or cellulose (AIN-93G DF). Therefore, the study of papaya DF was carried out both during papaya ripening and its biological effects in vitro and in vivo, generating unprecedented results relating the endogenous biochemical changes of the fruits during maturation with the possible beneficial effects of their ingestion for health human

O consumo de fibras alimentares (FA) está relacionado com vários benefícios à saúde como a diminuição no risco do desenvolvimento de câncer de cólon. A FA não é digerida pelas enzimas digestivas do trato gastrointestinal sendo fermentada pela microbiota intestinal do cólon. Como subproduto do processo de fermentação há a liberação de ácidos graxos de cadeia curta (SCFA) - como o butirato, o propionato e o acetato. Além do processo de fermentação, a FA pode interagir diretamente com as células epiteliais do intestino, induzindo mecanismos que também podem estar relacionados com os benefícios associados ao consumo de FA. A falta de informação sobre a FA e o câncer de cólon é, em partes, devido à complexidade de ambos, tanto do câncer quanto da estrutura da FA. As FA do mamão papaia são derivadas da parede celular da fruta apresentando diferentes estruturas dependendo do ponto de amadurecimento do fruto. Esse fato ocorre, pois, durante o amadurecimento do mamão papaia, existe uma extensa hidrólise dos polissacarídeos presentes na parede celular, diminuindo rapidamente a firmeza da polpa do fruto. Devido à falta de informações sobre FA e seus efeitos benéficos à saúde humana que são dependentes da sua estrutura, bem como a possibilidade do amadurecimento do mamão papaia naturalmente modificar as FA presentes na polpa dos frutos, a presente tese teve como principais objetivos: 1) avaliar como as enzimas que degradam a parede celular do mamão papaia afetam a solubilização e o peso molecular da parede celular do fruto; 2) investigar os efeitos diretos da pectina derivada de mamões verdes e maduros em linhagens de células de câncer, na interação com a galectina-3, e em células do tipo HEK que expressam receptores de reconhecimento de padrões (RRP); 3) avaliar a fermentação colônica humana in vitro utilizando as FA de mamões verdes e maduros; 4) avaliar em ratos com lesões pré-neoplásicas no cólon o efeito do consumo de ração com ou sem FA de mamões papaias verdes e maduros. As endopoligalacturonases foram relacionadas como as principais enzimas que atuam solubilizando a pectina da parede celular do mamão, afetando tanto a firmeza da polpa do fruto quanto a solubilização da pectina durante o amadurecimento. De modo geral, as FA dos mamões exerceram um efeito estruturadependente de acordo com a maturação do fruto. Nos experimentos utilizando linhagens de células de câncer, a pectina do mamão papaia maduro apresentou efeitos mais pronunciados na indução da morte e na inibição da migração e da agregação das células, bem como ativando os RRP, como por exemplo, os receptores do tipo toll-like, além de inibir a proteína pró-metastática galectina-3. As FA dos mamões também apresentaram diferentes resultados na fermentação colônica in vitro quanto à utilização das FA pelas bactérias do intestino, e também no perfil de crescimento dessas bactérias. Por fim, os animais que receberam a dieta com as FA dos mamões maduros apresentaram menor incidência de focos de criptas aberrantes do que os animais que receberam as FA provenientes de mamões verdes ou de celulose (FA da ração AIN-93G). Portanto, o estudo das FA dos mamões foi efetuado tanto durante o amadurecimento dos mamões quanto dos seus efeitos biológicos in vitro e in vivo, tendo gerado resultados inéditos relacionando as alterações bioquímicas endógenas dos frutos durante o amadurecimento com os possíveis efeitos benéficos da sua ingestão para a saúde humana

Dose-response effect of crude extracts produced by actinobacteria on in vitro rumen fermentation / Padrão dose-resposta de extratos brutos produzidos por actinobactérias sobre a fermentação ruminal in vitro

Actinobacteria have been researched as a source that produces crude extracts, which contain bioactive compounds able to act as antimicrobial agents. The present investigation evaluated the dose-response effect of two crude extracts, obtained at Caatinga rhizosphere (Caat) and Rhizophora mangle (AMC), on in vitro ruminal fermentation by:cumulative gas production, digestibility of dry (IVDMD) and organic matter (IVOMD), and short-chain fatty acids concentration (SCFA). Three multiparous Holstein dairy cows with ruminal fistula were used as the inoculum donors and fed a basal diet consisting of corn silage, soybean meal, urea, ground corn and mineral supplement. Ruminal fluid samples were incubated in glass bottles with 1 g of the dried and milled diet, a buffer solution, and the crude extracts evaluated in four doses (0.3, 0.6, 0.9 and 1.20 mg/10 mL inoculum) in a randomized block design, and the donators were considered as blocks with random effects. Additionally, negative controls were used. The results were expressed as average values based on triplicate analyses. Decreased cumulative gas production was observed according to linear dose response at 24, 48 and 72 h of incubation with the addition of Caat extract. The IVOMD showed a linear decrease at 72 h of incubation with dose Caat inclusion. Furthermore, the inclusion of Caat extract linearly reduced butyric and isovaleric acid concentrations, as well as acetate:propionate ratio. Finally, the Caat inclusion increased the propionic acid concentration in comparison to AMC extract. However, the inclusion of AMC extract did not affect any of the analyzed variables at the used doses. The Caat extract could be used as a modulator of in vitro ruminal fermentation, since it reduced acetate:propionate ratio and cumulative gas production.(AU)

As actinobactérias têm sido pesquisadas como fonte produtoras de extratos brutos que contêm compostos bioativos capazes de atuar como agentes antimicrobianos. O presente trabalho investigou o efeito dose-resposta de dois extratos brutos, AMC e Caat, na fermentação ruminal in vitro por: produção cumulativa de gás, digestibilidade in vitro da matéria seca (IVDMD) e matéria orgânica (IVOMD) e concentração de ácidos graxos de cadeia curta (SCFA). Três vacas leiteiras da raça Holandesa, multíparas e portadoras de fístula ruminal foram utilizadas como doadoras de inóculo ruminal e foram alimentadas com uma dieta basal composta por silagem de milho, farelo de soja, ureia, milho moído e suplemento mineral. As amostras de inóculo ruminal foram incubadas em garrafas de vidro com 1 g da dieta seca e moída, solução tampão e os extratos brutos avaliados em quatro doses (0,3, 0,6, 0,9 e 1,20 mg/10 mL de inóculo) em delineamento em blocos casualizados, sendo as doadoras consideradas os blocos como efeito aleatório. Além disso, foram utilizados controles negativos para a correção da produção de gás. Os resultados foram expressos como valores médios com base em análises triplicadas. A diminuição da produção cumulativa de gás foi observada de acordo com a dose em resposta linear às 24, 48 e 72 h de incubação com a adição de extrato de Caat. A IVOMD mostrou uma diminuição linear com 72 h de incubação com inclusão de Caat. Além disso, a inclusão do Caat reduziu linearmente as concentrações de ácido butírico e isovalérico, bem como a proporção de acetato/propionato. Diferentemente, a inclusão do extrato de AMC não afetou nenhuma das variáveis analisadas nas doses utilizadas. O extrato de Caat pode ser usado como um modulador da fermentação ruminal in vitro, uma vez que reduziu a proporção de acetato/propionato e a produção de gás acumulada. (AU)