Formate has been considered as an environmentally sustainable feedstock that can be used to accelerate the production of valuable chemicals. This study presents brief results of the formatotrophic production of Poly-${\beta}$-hydroxybutyric acid (PHB) by Methylobacterium sp. To evaluate the production of PHB, five species of Methylobacteria were tested using formate as the sole carbon and energy source. Methylobacterium chloromethanicum CM4 exhibited the highest productivity of PHB, which showed 1.72 g/L PHB production, 32.4% PHB content, and 0.027 g-PHB/g-formate PHB yield. These results could be used for the formatotrophic production of PHB with the concurrent reduction of $CO_2$ to formate.
케톤체는 생체 에너지 생산과정이 탄수화물보다는 지방산의 의존도가 높을 때 생성되며, 과도한 분비는 당뇨병성 케토시스나 선천성 유전성 대사이상질환을 의심할 수 있는 근거가 된다. 따라서 이의 신속 정확한 분석법의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 혈장을 제단백한 후 hydroxylamine을 가하여 60 ℃에서 30 분간 반응시켜 oximation 후 BSTFA를 가한 후 trimethylsilylation 유도체화하여 혈장 중에서 케톤체를 신속하게 정량할 수 있는 GC-MS/SIM 분석법을 개발하였다. 케톤체의 직선성의 범위는 0.001-250 μg/mL 이었고, 혈장에서의 검출한계는 0.1 pg 이었다. 직선성을 가지는 범위에서의 상관계수(R2)는 0.998-0.999이었고, 회수율은 1 μg/mL의 표준품을 첨가하였을 때 88.2-92.3 %, 10 μg/mL의 농도를 첨가하였을 때 89.5-94.8 % 였으며 RSD는 6.3-9.4 %였다. 이 분석법을 정상인과 케토시스 환자의 검체에 적용하여 벨리데이션 하였으며, 본 분석방법은 어린이나 성인의 당뇨성 케토시스나 여러 유전성대사질환 환자 중 케토시스를 보이는 환자의 혈장 중 β-hydroxybutyric acid/acetoacetic acid의 비를 계산하여 케톤체를 신속하고 효율적으로 임상검체 분석에 응용할 수 있음을 보여주었다.
Ranaraja, Umanthi;Cho, Kwang Hyun;Park, Mi Na;Choi, Tae Jung;Kim, Si Dong;Lee, Jisu;Kim, Hyun Seong;Do, Chang Hee
농업과학연구
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제43권3호
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pp.394-400
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2016
The objective of this study was to estimate the environmental factors affecting milk ${\beta}$-hydroxybutyric acid (BHBA) and acetone (Ac) concentrations in Holstein cattle. A total of 264,221 test-day records collected from the Korea Animal Improvement Association (KAIA) during the period of 2012 to 2014 were used in this study. Analysis of variance (ANOVA) was performed to determine the factors significantly affecting ketone body concentrations. Parameters considered in the model were season of test, season of calving, parity, lactation stage, and milk collecting time (AM and PM). According to the ANOVA, the $R^2$ for milk BHBA and Ac were 0.5226 and 0.4961, respectively. 'Season of test' showed a considerable influence on ketone body concentration. Least square (LS) means for milk BHBA concentrations was the lowest ($39.04{\mu}M$) in winter while it increased up to $62.91{\mu}M$ in summer. But Ac concentration did not significantly change along with 'season of test'. The means of milk BHBA and Ac concentrations were high at first lactation stage, low around second lactation stage, and then gradually increased. Cows milked in the morning had lower mean BHBA and Ac concentrations ($48.49{\mu}M$ and $121.69{\mu}M$, respectively) in comparison to those milked in the evening ($53.46{\mu}M$ and $130.42{\mu}M$, respectively). The LS means of BHBA and Ac slightly increased over parities. These results suggest that proper maintenance of milk collection, herd management programs, and evaluation of ketone body levels in milk should be considered for the efficient management of resistance to ketosis.
Objective: An experiment was conducted to evaluate the effects of Lonicera japonica extract (LJE) on milk production, rumen fermentation and blood biomarkers of energy metabolism, inflammation and oxidative stress during the perinatal period of Holstein dairy cows. Methods: Eighteen Holstein dairy cows were used in a complete randomized design experiment with 3 dietary treatments and 6 cows per treatment. All cows received the same basal total mixed ration (TMR) including a prepartal diet (1.35 Mcal of net energy for lactation [NEL]/kg of dry matter [DM], 13.23% crude protein [CP]) from -60 d to calving and a postpartal diet (1.61 Mcal of NEL/kg of DM, 17.39% CP) from calving to 30 days in milk (DIM). The 3 dietary treatments were TMR supplemented with LJE at 0 (control), 1 and 2 g/kg DM, respectively. LJE was offered from 21 d before calving to 30 DIM. Dry matter intake (DMI) and milk production were measured daily after calving. Milk and rumen fluid samples were collected on 29 and 30 d after calving. On -10, 4, 14, and 30 d relative to calving, blood samples were collected to analyze the biomarkers of energy metabolism, inflammation and oxidative stress. Results: Compared with control diet, LJE supplementation at 1 and 2 g/kg DM increased DMI, milk yield and reduced milk somatic cell count. LJE supplementation also decreased the concentrations of blood biomarkers of pro-inflammation (interleukin-1β [IL-1β], IL-6, and haptoglobin), energy metabolism (nonesterified fatty acid and β-hydroxybutyric acid) and oxidative stress (reactive oxygen metabolites), meanwhile increased the total antioxidant capacity and superoxide dismutase concentrations in blood. No differences were observed in rumen pH, volatile fatty acid, and ammonia-N (NH3-N) concentrations between LJE supplemented diets and the control diet. Conclusion: Supplementation with 1 and 2 g LJE/kg DM could increase DMI, improve lactation performance, and enhance anti-inflammatory and antioxidant capacities of dairy cows during perinatal period.
Objective: Endoplasmic reticulum (ER) stress engages the unfolded protein response (UPR) that serves as an important mechanism for modulating hepatic fatty acid oxidation and lipogenesis. Chronic fasting in mice induced the UPR activation to regulate lipid metabolism. However, there is no direct evidence of whether negative energy balance (NEB) induces ER stress in the liver of cows. This study aimed to elucidate the relationship between the NEB attributed to feed deprivation and ER stress in bovine hepatocytes. Methods: Blood samples and liver biopsy tissues were collected from 6 non-lactating cows before and after their starvation for 48 h. The blood non-esterified fatty acids (NEFA), β-hydroxybutyric acid (BHBA) and glucose level were analyzed. Real-time quantitative polymerase chain reaction and Western blotting were used to explore the regulation of genes associated with UPR and lipid metabolism. Results: The starvation increased the plasma BHBA and NEFA levels and decreased the glucose level. Additionally, the starvation caused significant increases in the mRNA expression level of spliced X-box binding protein 1 (XBP1s) and the protein level of phosphorylated inositol-requiring kinase 1 alpha (p-IRE1α; an upstream protein of XBP1) in the liver. The mRNA expression levels of peroxisome proliferator-activated receptor alpha and its target fatty acid oxidation- and ketogenesis-related genes were significantly upregulated by the starvation-mediated NEB. Furthermore, we found that the mRNA expression levels of lipogenic genes were not significantly changed after starvation. Conclusion: These findings suggest that in the initial stage of NEB in dairy cows, the liver coordinates an adaptive response by activating the IRE1 arm of the UPR to enhance ketogenesis, thereby avoiding a fatty liver status.
Objective: Endometritis is a major disease, that causes infertility in cattle, and is usually categorized as clinical or subclinical endometritis (SCE). The nutritional condition during the dry period is important for recovery after the last stage of the lactation period, and for postpartum production and reproduction. This study aimed to clarify the relationship between nutritional and metabolic characteristics in the dry period, and the risk of postpartum SCE. Methods: Multiparous Holstein dairy cows (n = 25, raised in a tied stall) were used. Endometrial cytological analysis was performed around 30 days post-partum, with 5% to 14% polymorphonuclear (PMN) as a cut-off point to define SCE. Serum levels of glucose, non-esterified fatty acids, β-hydroxybutyric acid (BHBA), blood urea nitrogen, total cholesterol, aspartate aminotransferase, γ-glutamyl transpeptidase, calcium, phosphorus, and magnesium were measured in the cows at the dry period to evaluate energy status, protein metabolism, and mineral metabolism. Results: The incidence of SCE in the cows was 60.0% (n = 15/25) and the mean PMN% in postpartum cows diagnosed as SCE was 8.05%±2.6%. Overall, 17 and 8 samples were collected from the cows in the far-off and close-up periods, respectively. The serum concentration of BHBA in the far-off period and serum glucose concentration in the closeup period were correlated with postpartum PMN% (r = 0.62, p<0.01; r = -0.74, p<0.05, respectively). Serum levels of calcium and magnesium in the dry period were associated with the incidence of postpartum SCE (healthy vs SCE cows, p<0.05). Conclusion: Blood levels of glucose, BHBA, calcium, and magnesium in dry periods could be useful parameters for predicting the risk of postpartum SCE. The present study also suggests that management in the close-up period is essential for promoting recovery from calving fatigue.
This study was conducted to estimate the genetic parameters of ${\beta}$-hydroxybutyrate (BHBA) and acetone concentration in milk by Fourier transform infrared spectroscopy along with test-day milk production traits including fat %, protein % and milk yield based on monthly samples of milk obtained as part of a routine milk recording program in Korea. Additionally, the feasibility of using such data in the official dairy cattle breeding system for selection of cows with low susceptibility of ketosis was evaluated. A total of 57,190 monthly test-day records for parities 1, 2, and 3 of 7,895 cows with pedigree information were collected from April 2012 to August 2014 from herds enrolled in the Korea Animal Improvement Association. Multi-trait random regression models were separately applied to estimate genetic parameters of test-day records for each parity. The model included fixed herd test-day effects, calving age and season effects, and random regressions for additive genetic and permanent environmental effects. Abundance of variation of acetone may provide a more sensitive indication of ketosis than many zero observations in concentration of milk BHBA. Heritabilities of milk BHBA levels ranged from 0.04 to 0.17 with a mean of 0.09 for the interval between 4 and 305 days in milk during three lactations. The average heritabilities for milk acetone concentration were 0.29, 0.29, and 0.22 for parities 1, 2, and 3, respectively. There was no clear genetic association of the concentration of two ketone bodies with three test-day milk production traits, even if some correlations among breeding values of the test-day records in this study were observed. These results suggest that genetic selection for low susceptibility of ketosis in early lactation is possible. Further, it is desirable for the breeding scheme of dairy cattle to include the records of milk acetone rather than the records of milk BHBA.
Objective: This study was conducted to investigate the differences in several serum adipokines in perinatal dairy cows with type I and II ketosis, and the correlations between these adipokines and the two types of ketosis. Methods: Serum adiponectin (ADP), leptin (LEP), resistin, tumor necrosis factor-α (TNF-α), and interleukin-6 (IL-6) levels, and energy balance indicators related to ketosis were measured. Type I and II ketosis were distinguished by serum glucose (Glu) and Y values and the correlations between adipokines in the two types of ketosis were analyzed. Results: β-Hydroxybutyric acid of type I ketosis cows was significantly negatively correlated with insulin (INS) and LEP and had a significant positive correlation with serum ADP. In type II ketosis cows, ADP and LEP were significantly negatively correlated, and INS and resistin were significantly positively correlated. Revised quantitative INS sensitivity check index (RQUICKI) values had a significantly positive correlation with ADP and had a very significant and significant negative correlation with resistin, TNF-α, and IL-6. ADP was significantly negatively correlated with resistin and TNF-α, LEP had a significantly positive correlation with TNF-α, and a significantly positive correlation was shown among resistin, IL-6, and TNF-α. There was also a significant positive correlation between IL-6 and TNF-α. Conclusion: INS, ADP, and LEP might exert biological influences to help the body recover from negative energy balance, whereas resistin, TNF-α, and IL-6 in type II ketosis cows exacerbated INS resistance and inhibited the production and secretion of ADP, weakened INS sensitivity, and liver protection function, and aggravated ketosis.
An experiment was conducted to determine the effects of two levels of rumen undegradable protein (RUP) without or with whole or extruded flaxseed on milk yield, milk component, milk fatty acids (FAs) profile and plasma metabolites in transition ewes. Three weeks before and after lambing, seventy-two Baluchi ewes were used in a completely randomized design with a 3 × 2 factorial arrangement of treatments. The treatments contained 1) no flaxseed + 20% RUP (no flaxseed, low RUP [NFLR]); 2) no flaxseed + 40% RUP (no flaxseed, high RUP [NFHR]); 3) 10% whole flaxseed + 20% RUP (whole flaxseed, low RUP [WFLR]); 4) 10% whole flaxseed + 40% RUP (whole flaxseed, high RUP [WFHR]); 5) 10% extruded flaxseed + 20% RUP (extruded flaxseed, low RUP [EFLR]), and 6) 10% extruded flaxseed + 40% RUP (extruded flaxseed, high RUP [EFHR]). Ewes fed 10% extruded flaxseed exhibited higher (p < 0.001) dry matter intake (DMI) and colostrum yield (p < 0.1) compared to other treatments. Two types of flaxseed and RUP levels had no significant effect on milk yield, but milk fat and protein contents decreased and increased in diets containing 40% RUP, respectively. Ewes fed extruded flaxseed produced milk with lower concentrations of saturated fatty acids (SFA) and higher α-linolenic and linoleic acids and also polyunsaturated fatty acids (PUFA) compared to other groups (p < 0.05). During post-lambing, the ewes fed diets containing flaxseed exhibited higher concentration of serum non-esterified FAs (NEFA) compared to diets without flaxseed (p < 0.01). The concentration of serum β-hydroxybutyric acid (BHBA) decreased in the diets containing flaxseed types at pre-lambing, but increased in diets containing extruded flaxseed at post-lambing (p < 0.01). The serum glucose concentration of ewes (pre and post-lambing) which consumed diets containing extruded flaxseed or 40% RUP increased, but blood urea concentration was elevated following supplementation of diet with whole flaxseed or 40% RUP (p < 0.001). In conclusion, utilization of 10% extruded flaxseed in the diets of transition ewes had positive effects on animal performance with favorable changes in milk FAs profile. However, there is no considerable advantage to supply more than 20% RUP level in the diet of transition dairy sheep.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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