Statiny jako manipulátory bachorové fermentace

Bc. Mariana Vadroňová

Master's thesis

Statins as modifiers of rumen fermentation

Abstract:

Odvětví živočišné výroby významně přispívá k emisím skleníkových plynů, přičemžvelká část má původ z enterické fermentace přežvýkavců. Za účelem snížení těchto emisí bylozkoumáno mnoho strategií, které by současně zvýšily konverzi krmiva a zpřístupnily víceenergie využitelnou pro produkci. Jednou možností je přímé zacílení na metanogeny.Mikroorganismy produkující metan (CH4), archea, mají jedinečné membránové lipidy, kteréobsahují izoprenoidní alkoholy s dlouhým řetězcem. Pro tvorbu těchto izoprenoidů je klíčovýmprekurzorem mevalonát, který je tvořen redukcí 3-hydroxy-3-methyl-glutaryl koenzymu A(HMG-CoA). Inhibicí enzymu HMG–CoA reduktázy dochází k narušení tvorby membrányarcheí a následně ke snížení metanogeneze.Tato práce se věnovala in vitro účinku statinů, tedy inhibitorů HMG-CoA reduktázy.Statiny mohou selektivně inhibovat metanogenní archea a některé skupiny bakterií či protozoí.To může zvýšit účinnost bachorové fermentace a tím také stravitelnost a využitelnost krmiv upřežvýkavců. V experimentu byly pomocí vsádkové in vitro fermentace s využitím bachorovétekutiny zkoumány účinky tří koncentrací (1, 10 a 100 mg/l) tří statinů (atorvastatinu,rosuvastatinu a simvastatinu) na efektivitu bachorové fermentace.Statisticky významného snížení CH4 (p < 0,05) bylo docíleno simvastatinem okoncentraci 10 mg/l (o 9,3 %) a atorvastatinem o koncentraci 100 mg/l (o 13,2 %) beznegativního ovlivnění fermentace a stravitelnosti krmiva. Ačkoliv koncentrace simvastatinu100 mg/l snížila (p < 0,05) produkci CH4 o 26,2 %, došlo současně k inhibici celkovéfermentace. Rosuvastatin mírně snížil relativní zastoupení CH4 (p < 0,05) při koncentracích 10a 100 mg/l. Simvastatin a atorvastatin při koncentraci 100 mg/l zvýšily (p < 0,05) relativnízastoupení propionátu na úkor acetátu a butyrátu. Koncentrace amonného dusíku nebyly statinyovlivněny (p > 0,05).Tato práce ukázala, že statiny mohou selektivně snížit produkci CH4. Účinky statinů nametanogenezi a celkovou bachorovou fermentaci se lišily v závislosti na typu statinu akoncentraci. Hydrofobní statiny, simvastatin a atorvastatin, se zdají být účinnější ve srovnání shydrofilními statiny, jako je rosuvastatin.

Abstract:

The livestock sector contributes significantly to greenhouse gas emissions, much ofwhich are derived from the enteric fermentation of ruminants. Many strategies have beenexplored to reduce these emissions. The goal is to simultaneously increase feed utilization andmake more energy available for production. One possibility is to target methanogens directly.Methane producing microorganisms, archaea, have unique membrane lipids that contain longchainisoprenoid alcohols. The key precursor for the formation of these isoprenoids ismevalonate, which is formed by the reduction of 3-hydroxy-3-methyl-glutaryl coenzyme A(HMG-CoA). Inhibition of the enzyme HMG-CoA reductase disrupts the formation of thearchaea membrane and consequently reduces methanogenesis.The present thesis investigates the in vitro effect of statins, i.e. HMG-CoA reductaseinhibitors. Statins can selectively inhibit methanogenic archaea and certain groups of bacteriaor protozoa. This can increase the efficiency of rumen fermentation, as well as the digestibilityand feed utilization in ruminants. Therefore, the effects of increasing concentrations (1, 10, and100 mg/l) of atorvastatin, rosuvastatin, and simvastatin on in vitro methane production andrumen fermentation were examined.A statistically significant reduction in methane production (p < 0.05) was achieved withsimvastatin 10 mg/l (9.3%) and atorvastatin 100 mg/l (13.2%) without adversely affecting thefermentation and feed digestibility. Although simvastatin (100 mg/l) reduced (p < 0.05)methane production by 26.2%, total fermentation was inhibited at the same time. Rosuvastatinslightly reduced the relative abundance of methane (p < 0.05) at concentrations of 10 and 100mg/l. Simvastatin and atorvastatin (100 mg/l) increased (p < 0.05) the relative propionateproportion at the expense of acetate and butyrate. Ammonia-N concentrations were not affectedby statins (p > 0.05).This thesis has shown that statins can selectively reduce methane production. The effectsof statins on methanogenesis and total rumen fermentation varied depending on the type ofstatin and concentration. Hydrophobic statins, simvastatin and atorvastatin, appear to be moreeffective than hydrophilic statins such as rosuvastatin.

Keywords

statin, inhibitor HMG-CoA reduktázy, metan, bachorová fermentace, in vitro

Keywords

statin, HMG-CoA reductase inhibitor, methane, rumen fermentation, in vitro

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 6. 2020

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Miroslav Joch, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Animal Science / Animal Nutrition and Dietology