Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10348/3277
Title: The equine caecum-colon environment: influence of energy and nitrogen on microbial yield
Authors: Santos, Ana Sofia Gonçalves
Advisor: Rodrigues, Miguel António Machado
Bessa, Rui José Branquinho de
Keywords: Cavalo
Nutrição animal
Digestibilidade
Sistema digestivo
Issue Date: 29-Aug-2014
Abstract: A população microbiana do ceco-colon do cavalo tem sido bastante estudada em termos de tipos de populações e estirpes bacterianas. No entanto, pouco se sabe sobre a actividade fermentativa no ecossistema ceco-cólico do cavalo, nomeadamente sobre o seu metabolismo e necessidades nutricionais. A localização pós-gástrica do local de actividade fermentativa implica que a disponibilidade de substrato seja condicionada pela digestibilidade pré-cecal da dieta. Assim sendo, será de esperar que o substrato que chega ao ceco-colon seja deficiente em azoto, o que poderá limitar o crescimento microbiano. Desta forma, este trabalho foi desenvolvido com o objectivo de aprofundar o conhecimento relacionado com o ecossistema ceco-cólico, nomeadamente estudar as necessidades azotadas desta população microbiana. Adicionalmente, a caracterização em perfil de purinas (PB) e ácidos gordos ímpares e ramificados (OBCFA) foi efectuada em biomassa microbiana recolhida de conteúdos do ceco e do cólon de cavalos. Este trabalho foi dividido em três partes: a primeira teve como objectivo reunir informação sobre o sistema digestivo do cavalo e estratégias nutricionais, com particular ênfase no ceco-colon, nomeadamente sua população microbiana, parâmetros fermentativos e metabolismo da fermentação; a segunda parte deste trabalho isolou e caracterizou bactérias do ceco e do cólon de cavalos em termos de PB e OBCFA, analisando a utilização destas substâncias como marcadores microbianos em estudos subsequentes; a terceira parte deste trabalho teve como objectivos estudar as respostas fermentativas in vitro de conteúdos cecais mediante a alteração da disponibilidade de energia e de azoto (proteico ou não proteico). A informação recolhida no Capítulo 2 fornece uma perspectiva geral do sistema digestivo do cavalo, com especial ênfase ao ecossistema ceco-cólico, especulando sobre a possibilidade da população microbiana estar adaptada a um ambiente onde a falta de azoto limita o crescimento microbiano, sem prejudicar a fermentação. A caracterização dos conteúdos do ceco e cólon obtida no Capitulo 3 indicou diferenças acentuadas entre a população bacteriana nestes conteúdos e a população bacteriana do rúmen. Estes resultados foram de encontro às ideias levantadas no Capitulo 2, indicando populações microbianas adaptadas ao ambiente ceco-cólico. Os resultados obtidos permitiram também a utilização das PB como marcadores microbianos nos trabalhos seguintes. No Capitulo 4, mediante a disponibilidade de energia e quantidades crescentes de azoto (caseína e ureia), foram observados crescimentos microbianos e perfis fermentativos diferentes. Os resultados obtidos revelaram uma eficiência de crescimento da população microbiana superior nos níveis inferiores de azoto, indicando uma possível adaptação da população microbiana a níveis baixo de azoto. A resposta microbiana em situações onde a energia ou azoto (caseína ou ureia) eram limitantes no meio de cultura, ou em situações onde nem a energia nem o azoto (caseína ou ureia) limitavam o crescimento e actividade microbiana, foi estudada no Capitulo 5. Os resultados obtidos indicaram que a maximização da actividade fermentativa parece ser obtida quando ureia, juntamente com hidratos de carbono solúveis, são fornecidos à população microbiana. Os resultados obtidos em situações em que a energia (na forma de hidratos de carbono solúveis) estava disponível em excesso e sem fonte azotada revelaram-se surpreendentes, uma vez que a resposta microbiana não foi no sentido claro de iniciar mecanismos de "energy spilling" como seria de esperar. Estes resultados necessitam de ser aprofundados. Os resultados obtidos neste trabalho permitem-nos afirmar que, embora a população microbiana do ceco do cavalo responda à adição de azoto (caseína e ureia) com um aumento da actividade fermentativa, esta resposta é superior em termos de eficiência de crescimento quando o azoto é não proteico (ureia). Estes resultados indicam que, nas nossas condições de estudo, a população microbiana do ceco utiliza maioritariamente azoto não proteico para o seu crescimento e actividade.
Although the characterization of the microbial populations in the equine hindgut has been often studied, very little is known on hindgut ecosystem activity in the horse and information concerning the metabolism of this microbial population and its nutritional requirements is lacking. If we consider the type of substrate that in normal conditions arrives to the hindgut, we can expect it to provide limited nitrogen based substrates for microbial fermentation. In this way, this work was conducted to provide additional information regarding the nitrogen requirements of the equine caecal microbial population. In addition, caecal and colon contents of horses where characterized in terms of purine bases (PB) and odd- and branched chain fatty acid (OBCFA) profile. This work was divided into three parts: the first part meant to gather existing information on the equine digestive tract and nutritional strategies, with a specific focus on the hindgut environment and its functioning, microbial population, energy and protein metabolism. The second part consisted in the characterization of equine hindgut contents in PB and OBCFA, and assessing their potential use as microbial markers in equine metabolism studies in order to use these techniques in future studies. Finally, in the third part we studied in vitro fermentation responses of equine caecal contents to different nitrogen and energy availability. Information compiled in Chapter 2 provides a general overview of the equine digestive tract, with an emphasis on the hindgut role and importance to the nutrition of the horse, speculating on the possible adaptation of the hindgut microbial population to an environment where nitrogen is limiting microbial growth. Characterization of caecum and colon contents obtained in Chapter 3 indicated that the bacterial populations isolated from these contents were different in the PB and OBCFA profile when compared to rumen PB and OBCFA profile. Differences obtained may reflect different growth stages or nutrition of microbial population as well as different metabolic activities of these microbial populations. Results obtained also indicated that PB can be use as microbial markers in subsequent studies, namely in Chapters 4 and 5, and that OBCFA profile might be used in non invasive techniques such as faecal characterization. In Chapter 4, different microbial yields and fermentation profiles were observed when caecal contents were provided with energy and increasing amounts of either casein or urea as nitrogen sources. Results obtained showed higher microbial growth efficiencies at lower nitrogen levels, possibly indicating that the microbial population is adapted to an environment where nitrogen availability is low. The metabolic response of the caecal microbial population in situations with or without nutrient limitation (energy or nitrogen) to microbial activity was assessed in Chapter 5. Results indicate that maximization of the fermentative activity appears to be achieved when urea, together with soluble carbohydrates, are provided to equine caecal inoculums. Results observed when energy was available in excess and no nitrogen source was provided where unexpected, since there was no clear indication that this treatment lead to an energy spilling situation. This observation needs further studies to be clarified. The data obtained in this work suggest that hindgut microbial population will respond to nitrogen (casein and urea) with an increase in VFA production. However, microbial growth efficiency will be higher with urea. This indicates that, under our study conditions, the caecal microbial population mainly used non protein nitrogen for growth.
Description: Tese de Doutoramento em Ciência Animal
URI: http://hdl.handle.net/10348/3277
Document Type: Doctoral Thesis
Appears in Collections:OLD - Teses de Doutoramento

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