Rola biologicznie aktywnych substancji Paulownia CLON IN VITRO 112 w regulacji procesu metanogenezy i biouwodorowania u zwierząt przeżuwających
Type
Project
Date Issued
2017
Author
Discipline
animal science and fisheries
Abstract (PL)
Celem projektu jest określenie roli i mechanizmu działania biologicznie aktywnych substancji (m.in. flawonoidów) pochodzących z Paulownia CLON IN VITRO 112® w regulacji procesów metanogenezy i biouwodorowania zachodzących w ekosystemie żwacza, ograniczając tym samym negatywny wpływ produkcji zwierzęcej na środowisko, przy jednoczesnym zwiększeniu zawartości biologicznie aktywnych, prozdrowotnych form kwasów tłuszczowych w produktach pochodzących od zwierząt przeżuwających.
Celem nadrzędnym projektu jest ograniczenie intensywności procesu produkcji metanu oraz biouwodorowania nienasyconych kwasów tłuszczowych, zwiększając tym samym udział biologicznie aktywnych sprzężonych izomerów a zmniejszając ilość powstającego nasyconego kwasu stearynowego. Powstający w żwaczu metan zmniejsza wykorzystanie energii dawki pokarmowej oraz stanowi źródło zanieczyszczeń środowiska naturalnego. W efekcie procesu biouwodorowania nienasyconych kwasów tłuszczowych powstają w pierwszych jego etapach również nienasycone kwasy tłuszczowe jednak w formach o udowodnionej aktywności biologicznej i charakterze prozdrowotnym, które mogą wzbogacać mleko i mięso zwierząt przeżuwających. Paulownia CLON IN VITRO 112® jest rośliną posiadającą unikalne cechy. Niewątpliwą wartość dodaną stanowi zawartość związków fenolowych, które mogą modulować procesy zachodzące w żwaczu i tym samym wzmacniać korzystny wpływ Paulowni na środowisko naturalne – nie tylko produkcja tlenu, ale również ograniczenie produkcji metanu, a także zwiększanie udziału w mleku i mięsie pożądanych nienasyconych kwasów tłuszczowych, w tym form o udowodnionej aktywności prozdrowotnej. W badaniach wykorzystane zostaną zarówno techniki in vitro, jak i in vivo (naśladujące przemiany zachodzące w żwaczu – największym przedżołądku zwierząt przeżuwających oraz doświadczenie z udziałem krów mlecznych), w celu kompleksowej oceny możliwości wykorzystania liści Paulownia CLON IN VITRO 112®, jako modulatorów przemian zachodzących w żwaczu. W celu lepszego poznania mechanizmów odpowiedzialnych za w/w przemiany zostanie określona zawartość jakościowa i ilościowa poszczególnych związków biologicznie aktywnych w suszonych i świeżych liściach Paulowni oraz w ekstraktach. Ponadto, przeprowadzona zostanie analiza preparatów Paulowni, w celu poszerzenia wiedzy w następujących aspektach: (i) analizy właściwości hemostatycznych oraz stresu oksydacyjnego płytek krwi i białek osocza, (ii) oceny aktywności przeciwbakteryjnej i przeciwgrzybiczej wobec Staphylococcus aureus i Candida sp. oraz (iii) analizy stopnia cytotoksyczności badanych preparatów wobec wybranych prawidłowych i nowotworowych komórek ludzkich, w układzie in vitro.
Celem nadrzędnym projektu jest ograniczenie intensywności procesu produkcji metanu oraz biouwodorowania nienasyconych kwasów tłuszczowych, zwiększając tym samym udział biologicznie aktywnych sprzężonych izomerów a zmniejszając ilość powstającego nasyconego kwasu stearynowego. Powstający w żwaczu metan zmniejsza wykorzystanie energii dawki pokarmowej oraz stanowi źródło zanieczyszczeń środowiska naturalnego. W efekcie procesu biouwodorowania nienasyconych kwasów tłuszczowych powstają w pierwszych jego etapach również nienasycone kwasy tłuszczowe jednak w formach o udowodnionej aktywności biologicznej i charakterze prozdrowotnym, które mogą wzbogacać mleko i mięso zwierząt przeżuwających. Paulownia CLON IN VITRO 112® jest rośliną posiadającą unikalne cechy. Niewątpliwą wartość dodaną stanowi zawartość związków fenolowych, które mogą modulować procesy zachodzące w żwaczu i tym samym wzmacniać korzystny wpływ Paulowni na środowisko naturalne – nie tylko produkcja tlenu, ale również ograniczenie produkcji metanu, a także zwiększanie udziału w mleku i mięsie pożądanych nienasyconych kwasów tłuszczowych, w tym form o udowodnionej aktywności prozdrowotnej. W badaniach wykorzystane zostaną zarówno techniki in vitro, jak i in vivo (naśladujące przemiany zachodzące w żwaczu – największym przedżołądku zwierząt przeżuwających oraz doświadczenie z udziałem krów mlecznych), w celu kompleksowej oceny możliwości wykorzystania liści Paulownia CLON IN VITRO 112®, jako modulatorów przemian zachodzących w żwaczu. W celu lepszego poznania mechanizmów odpowiedzialnych za w/w przemiany zostanie określona zawartość jakościowa i ilościowa poszczególnych związków biologicznie aktywnych w suszonych i świeżych liściach Paulowni oraz w ekstraktach. Ponadto, przeprowadzona zostanie analiza preparatów Paulowni, w celu poszerzenia wiedzy w następujących aspektach: (i) analizy właściwości hemostatycznych oraz stresu oksydacyjnego płytek krwi i białek osocza, (ii) oceny aktywności przeciwbakteryjnej i przeciwgrzybiczej wobec Staphylococcus aureus i Candida sp. oraz (iii) analizy stopnia cytotoksyczności badanych preparatów wobec wybranych prawidłowych i nowotworowych komórek ludzkich, w układzie in vitro.
Abstract (EN)
The aim of the study is to investigate the mode of action of biologically active substances i.e. flavonoids of Paulownia CLON IN VITRO 112® on rumen biohydrogenation and methanogenesis processes. The scientific aim of the planned research is to determine the metabolome of Paulownia CLON IN VITRO 112® that means the complete set of small-molecule metabolites (such as metabolic intermediates and secondary metabolites) to be found within a biological sample, such as a leaves, flowers, fruits, and twigs and to determine their effect on qualitative and quantitative changes of rumen microbial populations responsible for methanogenesis and biohydrogenation processes in dairy cows. Analysis of rumen microbial populations, including rumen bacteria and protozoa monocultures, allow to determine pattern of rumen hydrogen utilization that is essential either in methane production (methanogenesis) or biohydrogenation of unsaturated fatty acids. Due to necessity of ensuring the balance of rumen processes, effect of flavonoid rich diet (supplemented with Paulownia CLON IN VITRO 112®) on rumen metabolism will also be determined. The overriding aim of the project is to mitigate rumen methane production as well as biohydrogenation of unsaturated fatty acids at the initial stages of this process to improve conjugated fatty acid formation that have proved biological activity. The working hypothesis states that biologically active components of Paulownia CLON IN VITRO 112® affecting rumen microbial population responsible for hydrogen utilization will mitigate rumen methane production and biohydrogenation of unsaturated fatty acids. Consequently, the pattern of rumen hydrogen utilization will be determined. Mitigation of methane production will decrease dietary energy losses and environmental pollution whereas, as the effect of reduced biohydrogenation - unsaturated fatty acids, including conjugated isomers, will be formed.
Research project methodology. Proposed research methods are complex and multidisciplinary, arranged in the logical sequence to determine the mode of action of experimental factors on tested parameters. Hence, short and long term in vitro techniques will be used to verify the research idea as well as one in vivo experiment using cannulated dairy cows will be performed. Batch culture fermentation trial will be used to verify effect of powdered leaves of Paulownia at different doses, extract as well as pure fractions of powdered leaves on pH, in vitro dry matter digestibility, volatile fatty acids (VFA), ammonia concentration, total gas production, methane production, long-chain fatty acids profile of incubated rumen fluid, protozoa, bacteria as well as methanogens counts that will illustrate the biohydrogenation and methanogenesis processes. In monocultures protozoa trials we will test the different bioactive substances of Paulownia leaves, extract or pure fractions at different doses like in batch culture experiment on the growth of model protozoa and their prokaryotic community and fermentation parameters (gas, methane, ammonia, VFA, and digestibility of substrates). The long term in vitro study will be carried out using rumen simulation technique equipment (RUSITEC). The experimental groups will be created based on experiment results from batch culture trial (the most promising). In vivo trial will be used to verify the results obtained in in vitro condition.
Moreover, to strengthen the scientific value of the research, biological activity of Paulownia will be evaluated by (i) determination of hemostatic properties and oxidative stress of blood platelets and plasma protein, (ii) assessment of antibacterial and antifungal activity against Staphylococcus aureus and Candida sp. as well as (iii) analysis of cytotoxic level of tested material against normal and cancer human cells in vitro.
Research project methodology. Proposed research methods are complex and multidisciplinary, arranged in the logical sequence to determine the mode of action of experimental factors on tested parameters. Hence, short and long term in vitro techniques will be used to verify the research idea as well as one in vivo experiment using cannulated dairy cows will be performed. Batch culture fermentation trial will be used to verify effect of powdered leaves of Paulownia at different doses, extract as well as pure fractions of powdered leaves on pH, in vitro dry matter digestibility, volatile fatty acids (VFA), ammonia concentration, total gas production, methane production, long-chain fatty acids profile of incubated rumen fluid, protozoa, bacteria as well as methanogens counts that will illustrate the biohydrogenation and methanogenesis processes. In monocultures protozoa trials we will test the different bioactive substances of Paulownia leaves, extract or pure fractions at different doses like in batch culture experiment on the growth of model protozoa and their prokaryotic community and fermentation parameters (gas, methane, ammonia, VFA, and digestibility of substrates). The long term in vitro study will be carried out using rumen simulation technique equipment (RUSITEC). The experimental groups will be created based on experiment results from batch culture trial (the most promising). In vivo trial will be used to verify the results obtained in in vitro condition.
Moreover, to strengthen the scientific value of the research, biological activity of Paulownia will be evaluated by (i) determination of hemostatic properties and oxidative stress of blood platelets and plasma protein, (ii) assessment of antibacterial and antifungal activity against Staphylococcus aureus and Candida sp. as well as (iii) analysis of cytotoxic level of tested material against normal and cancer human cells in vitro.
Subject (pl)