Project over darmflora begint in koeienmest
Onderzoekers van de Universiteit van Hohenheim werken met hoogtechnologische en kunstmatige koeienmagen / bevindingen maken gerichter voeren voor gezondere dieren mogelijk. Een koe verbruikt gemiddeld 18 kilo voer per dag. Maar om de voedingsstoffen uit deze hoeveelheid voedsel te kunnen opnemen, heeft het dier de hulp nodig van miljoenen verschillende, zeer gespecialiseerde bacteriën die de magen en het spijsverteringskanaal koloniseren. Een onderzoekssamenwerking tussen wetenschappers uit diervoeding en microbiologie aan de Universiteit van Hohenheim in Stuttgart onderzoekt hoe de bacteriën erin slagen waardevolle voedingsstoffen uit de veerkrachtige plantenmassa te verwijderen. De focus van het onderzoek is de bacterie Prevotella spp., Die tot 40 procent van de bacteriën in de pens uitmaakt. De Duitse onderzoeksstichting DFG financiert het totale project met in totaal 450.000 euro. Dit maakt het een van de zwaargewichten van het onderzoek aan de Universiteit van Hohenheim.
Herkauwers zoals runderen moeten zetmeel, eiwitten, vitamines en mineralen halen uit plantaardig voedsel. Om dit te kunnen doen, werken zeer gespecialiseerde bacteriën op volle toeren in de pens, de grootste van de koeienmagen. "De bijzondere prestatie van de koe is om proteïne te halen uit uitsluitend plantaardig voedsel", legt microbioloog en diervoedingsdeskundige Jun.-Prof uit. Dr. Jana Seifert.
Volgens Jun.-Prof. Dr. Seifert en haar collega Prof. Dr. Julia Fritz-Steuber, de bacterie Prevotella speelt een belangrijke rol. “Aangezien Prevotella een groot deel van de bacteriën in de pens uitmaakt, gaan we ervan uit dat het ook een belangrijke rol speelt bij de voedselbenutting. Tot dusverre weten we echter niet hoe Prevotella precies zijn energie uit voedsel haalt ”, vat prof. Dr. Fritz-Steuber vatte het doel van het project samen.
In het facultaire project onderzoeken de twee microbiologen daarom samen welke stoffen de bacterie afbreekt en welke eiwitstoffen hij daaruit aanmaakt. "Hiervoor bieden we de bacterie verschillende stoffen aan en kijken welke hij opneemt", zegt prof. Dr. Fritz-Steuber.
Eettest voor de bacterie
De aanpak klinkt verbazingwekkend eenvoudig, maar vereist ingewikkelde microbiologische technologie. Daarom hebben de twee wetenschappers het werk verdeeld. Prof. dr. Fritz-Steuber, expert in microbiologie op celniveau, kweekt Prevotella-bacteriën in het laboratorium en biedt hen vervolgens de verschillende voedingsstoffen aan die in koeienvoer voorkomen. Als de bacterie eenmaal uit zijn normale omgeving is geïsoleerd, kan de wetenschapper precies begrijpen welke stoffen Prevotella gebruikt. “Uit onderzoek naar de genetische samenstelling van Prevotella weten we dat de bacterie een aantal voedingsstoffen kan gebruiken. Tot dusverre hebben we echter niet kunnen begrijpen welke het uiteindelijk gebruikt en welke niet. "
Van de individuele bouwsteen tot de volledige recyclingketen
De bevindingen van prof. Dr. De experimenten van Fritz-Steubers ontwikkelden Jun.-Prof. Dr. Seifert op. Het laat de Prevotella-bacterie echter achter in het pensap. "Uiteindelijk willen we ook rekening houden met welke invloed de andere componenten van het pensap hebben op de activiteit van Prevotella."
In een volgende stap, Jun.-Prof. Dr. Ziet de realiteit nog verder in de maag van de koe: het herhaalt de eettest in een mechanisch model van de pens. Het model simuleert de bewegingen van de pens, die door het regelmatig aanspannen van verschillende spieren ervoor zorgt dat de inhoud constant gemengd wordt.
"We halen een detail uit de gebruiksketen in de rundermaag, vergroten en onderzoeken het en voegen de verkregen informatie vervolgens weer toe aan het totaalbeeld", zegt Jun.-Prof. Dr. Seifert.
Nieuwe kernfaciliteit geeft toegang tot de nieuwste technologie
Prof. dr. Fritz-Steuber benadrukt hoe belangrijk krachtige analyse-apparaten zijn voor hun werk. “We willen inzoomen op de pens, en dankzij de moderne apparaten worden de glazen steeds fijner.” Deze apparaten zijn sinds begin dit jaar verkrijgbaar in de nieuwe kernfaciliteit van de Universiteit van Hohenheim en worden gebruikt door medewerkers uit een breed scala van vakgebieden.
Daar werken de microbiologen onder meer met de nieuwe massaspectrometer: hiermee kunnen ze eiwitten en andere stoffen analyseren die de micro-organismen in de maag van de koe tijdens de vertering produceren. "Dit soort onderzoek is extreem technologiegedreven en zou niet mogelijk zijn zonder dergelijke grootschalige apparatuur", zegt prof. Dr. Fritz-Steuber.
Beter begrip van een gezondere koeienmaag
Het volgende hogere vergrotingsniveau, de hele koe, wordt in het experiment niet meer verlicht. “We doen fundamenteel onderzoek. Om onze resultaten in diervoeding te kunnen gebruiken, moeten ze eerst verder ontwikkeld worden in voerproeven ”, zegt Jun.-Prof. Dr. Seifert.
Een dergelijke verdere ontwikkeling zou kunnen zijn het stimuleren van de activiteit en kwantiteit van de Prevotella-bacterie of de vorming van bepaalde gezondheidsbevorderende stoffen door de bacterie door gerichte voeding. De wetenschappers hopen dat dit de pensgezondheid kan bevorderen en het voer efficiënter kan maken.
Monsters uit de pens dankzij fisteltoegang
Dankzij de gefistuleerde koeien aan de Universiteit van Hohenheim, kunnen de wetenschappers gemakkelijk het pensap krijgen dat ze nodig hebben: de fistel, een kunstmatige toegang tot de pens, kan worden losgeschroefd om monsters te nemen. Vijf Jersey-koeien in de universitaire stallen zijn uitgerust met een dergelijke toegang van gecapitonneerd plastic.
Dit veroorzaakt in tegenstelling tot andere bemonsteringsmethoden geen pijn of stress bij de koeien en voorkomt dat dieren moeten worden geslacht om de maaginhoud te analyseren.
Achtergrond: "Interactie tussen fermentatieve en respiratoire energiebesparing in de pensbacterie Prevotella spp."
In het project “Interactie tussen fermentatieve en respiratoire energiebesparing in de pensbacterie Prevotella spp” werken de faculteiten landbouw- en natuurwetenschappen nauw samen. De afdeling Cellulaire Microbiologie van Prof. Dr. Fritz-Steuber en de junior bijzonder hoogleraar "Feed-Gut Microbiota Interaction" van Jun.-Prof. Dr. Seifert ontvangt elk 225.000 euro van de Duitse Research Foundation. Het project start in september 2017 en heeft een looptijd van 3 jaar.
Achtergrond: onderzoek zwaargewichten
29,5 miljoen euro aan fondsen van derden verworven wetenschappers van de Universiteit van Hohenheim 2016 voor onderzoek en onderwijs. Op een rij presenteert de serie "zwaargewichten van onderzoek" uitstekende onderzoeksprojecten met een financieel volume van minstens 250.000 Euro voor apparaatonderzoek en 125.000 Euro voor niet-technisch onderzoek.
