Batı mazısı (Thuja occidentalis L.) meyve ve yaprak ekstraktının rumen fermantasyonuna In Vitro etkileri
In Vitro effects of western thuja (Thuja occidentalis L.) fruit and leaf extract on rumen fermentation
Yazar: GÜRSEL GÜR
Danışman: PROF. DR. HAKAN ÖZTÜRK
Ankara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Fizyoloji (Veterinerlik) Ana Bilim Dalı / Fizyoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizyoloji = Physiology

Özet:
Bu tez çalışmasında, Batı mazısı bitkisinin meyve ve yapraklarından buhar distilasyon yöntemiyle elde edilen eterik yağın bazı rumen bakterileri üzerine antimikrobiyal etkinliği ve ruminal fermantasyon üzerine in vitro etkileri literatüre göre ilk defa araştırılmıştır. Antimikrobiyal etkinliğin araştırılmasında Gram pozitif bakterilerden hidrojen ve format üreten Ruminococcus albus (ATCC 27210) ve Ruminococcus flavefaciens Sijpestejin C97 (ATCC 49949), bütirat üreten Butyrivibrio fibrisolvens D1 (ATCC 19171), Eubacterium ruminantium GA 195 (ATCC 17233), laktat üreten Streptococcus bovis (ATCC 33317) ve metanojenik arkelerden Methanobacterium formicicum, Gram negatif rumen bakterilerinden ise süksinat ve propiyonat üreten Fibrobacter succinogenes S85 (ATCC 19169) ve Megasphaera elsdenii LC1 (ATCC 25940) suşları çalışma kapsamında kullanılmıştır. Batı mazısı meyve ve yaprak eterik yağlarının Gram negatif bakterilere kıyasla Gram pozitif bakterilere karşı daha güçlü antimikrobiyal etkinlik gösterdiği gözlenmiştir. Denemede kullanılan rumen bakterilerinin Batı mazısı eterik yağına karşı insan suşlarından daha dirençli olabileceğini düşündüren bulgular da elde edilmiştir. Batı mazısı meyve ve yapraklarından elde edilen eterik yağların ruminal fermantasyon üzerine etkilerinin belirlenmesi amacıyla yarı sürekli kapalı bir inkübasyon yöntemi olan Rumen Simülasyon Tekniği (Rusitec) kullanılmıştır. Araştırma kapsamında; ruminal pH, asetik, propiyonik, izobütirik, bütirik, izovalerik, valerik ve toplam uçucu yağ asitleri (UYA) üretimi, asetatın propiyonata oranı (A:P), stokiyometrik metan gazı üretimi, kuru madde sindirilebilirliği (KMS) ve amonyak azotu (NH3-N) konsantrasyonu belirlenmiştir. Rusitec sistemde inokulum olarak kullanılan rumen içeriği iki adet sağlıklı besi sığırından elde edilmiştir. Araştırmanın in vitro inkübasyon aşaması 7 gün adaptasyon ve 7 gün deneme fazlarından oluşmuştur. Araştırma 3 uygulama ile her bir uygulamanın 3 tekrarı şeklinde tasarlanmıştır. In vitro inkübasyonun deneme fazında, Batı mazısı meyve ve yaprak eterik yağlarının ruminal fermantasyon üzerine etkilerinin belirlenmesi için toplam 9 fermenter tesadüfi olarak 3'erli gruplara ayrılmıştır. Üç fermenter kontrol grubu olarak belirlenmiş ve bunlara herhangi bir eterik yağ ilavesi yapılmamıştır. Diğer üç fermentere günlük 500 mg/L dozunda Batı mazısı meyve eterik yağı, son üç fermentere ise günlük 500 mg/L dozunda Batı mazısı yaprak eterik yağı ilave edilmiştir. Rumen içeriği alınan hayvanların beslemesinde kullanılan rasyon in vitro inkübasyonda da %20 kaba yem ve %80 konsantre yem olacak şekilde (2 g arpa samanı, 8 g konsantre yem) kullanılmıştır. Araştırmadan elde edilen bulgular, Batı mazısı meyve eterik yağının ruminal pH, asetik asit, propiyonik asit, izobütirik asit, bütirik asit, izovalerik asit, toplam uçucu yağ ve metan gazı üretimini, A:P oranını ve kuru madde sindirilebilirliğini istatistiksel olarak değiştirmediğini, ancak valerik asit üretimini yükselttiğini göstermiştir. Batı mazısı yaprak eterik yağı ise ruminal pH, asetik asit, bütirik asit, izovalerik asit, toplam uçucu yağ, metan gazı üretimi ve kuru madde sindirilebilirliğini istatistiksel olarak etkilemezken, propiyonik asit ve valerik asit üretimini düşürmüş (p<0,05), izobütirik asit üretimi ve A:P oranını ise istatistiki olarak yükseltmiştir (p<0,05). Hem meyve hem de yaprak eterik yağlarının ilaveleri NH3-N konsantrasyonunda istatistiksel olarak önemli bir azalmaya (p<0,001) neden olmuştur. Sonuç olarak, Batı mazısı meyve ve yaprak eterik yağları test edilen dozlarda ruminal fermantasyon sırasında oluşan azot kaybını önlemeye ve sera gazı salınımını azaltmaya yönelik faydalı etkiler göstermiştir. Öte yandan Batı mazısı eterik yağlarının varlığında propiyonik asit üretiminin düşmesi rumende oluşan H2'nin alternatif kullanım yolları ile değerlendirilerek enerji kaybının önlenmesine yönelik faydalı bir etki sağlamamıştır. Propiyonik asit üretimi ve NH3-N konsantrasyonundaki istatistiki azalmalar birlikte değerlendirildiğinde Batı mazısı eterik yağının daha düşük dozlarının propiyonik asit üretimini baskılamadan NH3-N konsantrasyonunu azaltabileceğini düşündürmektedir. Batı mazısı eterik yağının farklı dozlarının farklı rasyon tasarımlarıyla incelenmesi ve Batı mazısı eterik yağının bileşimindeki spesifik bileşenlerle gerçekleştirilecek çalışmaların Batı mazısının etkilerinin daha iyi anlaşılmasını sağlayacağı düşünülmektedir.

Abstract:
In this doctoral dissertation research, the antimicrobial activity of the essential oils obtained by steam distillation from the fruits and leaves of the northern white-cedar on some rumen bacteria and its in vitro effects on ruminal fermentation were investigated for the first time, according to the literature. In the research of antimicrobial activity detection, Ruminococcus albus (ATCC 27210) and R. flavefaciens Sijpestejin C97 (ATCC 49949) which are the hydrogen and formate producers,  Butyrivibrio fibrisolvens D1 (ATCC 19171) and Eubacterium ruminantium GA 195 (ATCC 17233) which are the butyrate producers, Methanobacterium formicicum as methane producer and  Streptococcus bovis (ATCC 33317) that is lactate producer strains of Gram positive bacteria, and Fibrobacter succinogenes S85 (ATCC 19169) and Megasphaera elsdenii LC1 (ATCC 25940) strains which are the succinate and propionate producers of Gram negative rumen bacteria, were studied. Compering the potential antimicrobial activity of fruit and leaf essential oils of western thuja, it seems examined essential oils hold stronger potential antimicrobial activity against Gram positive bacteria than Gram negative ones according to the observed data. Findings suggest that the rumen bacteria examined in this research might pose more resistant to western thuja essential oil than human strains. In the in vitro study of the tested essential oils, fermentation properties, dry matter digestibility and methane gas production were determined using the Rumen Simulation Technique (Rusitec), a semi-continuous culture system. In accordance with this purpose, ruminal pH, acetic, propionic, isobutyric, butyric, isovaleric, valeric and total volatile fatty acids (VFA) production, acetate propionate ratio (A:P), stoichiometric methane gas production, dry matter digestibility (DMD) and ammonia nitrogen. (NH3-N) concentration were determined. The rumen content used as inoculum in the Rusitec system was obtained from two beef cattle. The research was conducted in two periods: 7 days of adaptation and 7 days of trial and designed as 3 applications and 3 repetitions of each application. During the trial period of the in vitro incubation, 9 fermenters were divided into 3 groups randomly to determine the effects of fruit and leaf essential oils of western thuja on ruminal fermentation. Three fermenters were marked as the control group, and western thuja essential oil was not added. Western thuja fruit essential oil was added to the other three fermenters at a daily dose of 500 mg/L, and Western thuja leaf essential oil was added to the last three fermenters at a daily dose of 500 mg/L. Feed materials that gathered from daily ratio of donors used in this study consisted of 20% roughage and 80% concentrate feed, composed of 2 g barley straw and 8 g concentrate feed, respectively. The findings obtained from the study suggest that Western thuja fruit essential oil did not statistically affect ruminal pH, acetic acid, propionic acid, isobutyric acid, butyric acid, isovaleric acid, total essential oil, and methane gas production, as well as A:P ratio and dry matter digestibility. It has been shown to increase valeric acid production. While Western thuja leaf essential oil did not affect ruminal pH, acetic acid, butyric acid, isovaleric acid, total essential oil, methane gas production and dry matter digestibility, it statistically reduced the production of propionic acid and valeric acid (p<0.05), and increased the production of isobutyric acid and A:P ratio statistically (p<0.05). The addition of both fruit and leaf essential oils to the trial groups resulted a statistically significant decrease (p<0.001) in NH3-N concentration. As a result, fruit and leaf essential oil of Western thuja had a beneficial effect on preventing nitrogen loss during rumen fermentation and reducing greenhouse gas emissions at the tested doses. On the other hand, reducing the production of propionic acid did not provide a beneficial effect on preventing energy loss by using alternative sinks for H2 produced in the rumen. For evaluation purpose, considering of both the statistically decrease in propionic acid production and the statistically significant decrease in NH3-N production, it is predicted that lower doses of Western thuja essential oil have potential to reduce NH3-N production without suppressing propionic acid production. Taking the beneficial effects of Western thuja essential oil revealed in this study as a reference, it is thought that beneficial results can be revealed with further specific researches with different doses and one or more organic compounds conbined from the essential oil.