DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-38231-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41667700
تاريخ النشر: 2026-02-10
المؤلف: Yendrembam Mery Chanu وآخرون
الموضوع الرئيسي: تغذية المجترات وعلم وظائف الهضم
نظرة عامة
تدرس الدراسة تثبيط البكتيريا المنتجة للأمونيا المفرطة في الكرش (HAB) باستخدام مستخلصات نباتية نشطة حيوياً وزيوت أساسية لتعزيز استخدام البروتين وتقليل التلوث البيئي الناتج عن إفراز النيتروجين من البراز. تم إنشاء ثقافة غنية من HAB من كرش الجاموس، وتم اختبار زيوت أساسية ومستنبتات نباتية مختلفة في المختبر لتأثيراتها على إنتاج الأمونيا، ونشاط البروتياز، ونمو البكتيريا. ومن الجدير بالذكر أن زيت الثوم وزيت الأوريجانو والثيمول قللت بشكل كبير من إنتاج الأمونيا (p < 0.05) عند كل من 12 و 24 ساعة من الحضانة. كما أن زيت الأوريجانو قلل بشكل فعال من نشاط البروتياز، بينما لم تظهر المركبات الأخرى المختبرة، بما في ذلك صابونين لحاء الكويلاجا ومستخلصات من *Psidium guajava* و*Cannabis sativa* و*Allium schoenoprasum*، تأثيرات كبيرة (p > 0.05).
تشير النتائج إلى أن زيت الأوريجانو فعال بشكل خاص في تثبيط نمو HAB وإنتاج الأمونيا ونشاط البروتياز، مما يشير إلى إمكانيته كمضاف علفي لتحسين استخدام البروتين في المجترات وتقليل الأثر البيئي. ومع ذلك، يوصي المؤلفون بإجراء تجارب إضافية في الجسم الحي للتحقق من هذه النتائج وتقييم توازن النيتروجين قبل التطبيق العملي في حميات المجترات.
الطرق
اتبعت الدراسة الإرشادات الأخلاقية المعتمدة من قبل لجنة الأخلاقيات الحيوانية في المعهد (IAEC) لإدارة ورعاية الحيوانات التي تم عمل فتحة في كرشها، مما يسهل جمع محتويات الكرش لإعداد ثقافات غنية من البكتيريا المنتجة للهيدروجين (HAB) والدراسات اللاحقة للتخمير في المختبر. أجريت الدراسة في مختبر الميكروبيوم في الكرش في المعهد المركزي للبحوث على الجاموس في هيسار، الهند، وامتثلت للأنظمة الخاصة بـ IAEC وإرشادات ARRIVE. تم جمع العوامل النباتية، وخاصة أوراق من *Psidium guajava* و*Cannabis sativa* و*Allium schoenoprasum*، وتم التحقق منها تصنيفياً، مما يضمن الالتزام بإرشادات الهيئة الوطنية للتنوع البيولوجي في الهند.
تضمن التصميم التجريبي ثلاثة تجارب متميزة في المختبر تهدف إلى تقييم تأثيرات مختلف العوامل النباتية على إنتاج الأمونيا ونشاط البروتياز في الثقافات الغنية من HAB المشتقة من محتوى كرش مجمّع من أربعة جاموس بالغ. اختبرت كل تجربة جرعات مختلفة من عوامل محددة: التجربة 1 قيمت الثيمول وزيت الثوم وصابونين لحاء الكويلاجا؛ التجربة 2 ركزت على زيت الأوريجانو وزيت اليوجينول؛ والتجربة 3 فحصت المستخلصات المائية من أوراق النباتات المذكورة أعلاه. تضمنت كل تجربة ضوابط مناسبة، مع خمس تكرارات وتحليلات مكررة لنشاط الأمونيا والبروتياز، مما يضمن نتائج قوية وموثوقة.
النتائج
تظهر نتائج الدراسة تأثيرات مختلف المضافات الطبيعية على إنتاج الأمونيا-N ونشاط البروتياز في الثقافات الغنية في المختبر من بكتيريا الطحالب الضارة (HAB). في التجربة الأولى، قلل الثيمول وزيت الثوم بشكل كبير من إنتاج الأمونيا عند 24 ساعة (p < 0.01)، بينما لم يظهر صابونين لحاء الكويلاجا أي تأثير كبير (p > 0.05). عند 12 ساعة، قلل زيت الثوم (باستثناء الجرعة الأقل) والثيمول أيضاً بشكل كبير من مستويات الأمونيا-N، بينما كان صابونين غير فعال. أظهرت مستويات البروتياز اتجاهًا نحو الانخفاض (P = 0.053) عند 12 ساعة، مع انخفاض تركيزات البروتياز بشكل كبير عند 24 ساعة (p < 0.01) مع صابونين بجرعات أعلى. في التجربة الثانية، قلل زيت الأوريجانو باستمرار من تركيزات الأمونيا عند جميع الجرعات المختبرة بعد كل من 12 و 24 ساعة (p < 0.01). أظهر اليوجينول تقليلاً كبيراً في الأمونيا عند جرعات 0.5 غم/ل و0.75 غم/ل عند 12 ساعة، ولكن فقط عند 0.75 غم/ل عند 24 ساعة. ومع ذلك، لم يؤثر زيت الأوريجانو أو اليوجينول على نشاط البروتياز بشكل كبير (p > 0.05). قامت التجربة الثالثة بتقييم تأثيرات المستخلصات المائية من *Psidium guajava* و*Cannabis sativa* و*Allium schoenoprasum*، كاشفة عن تأثيرات غير كافية على إنتاج الأمونيا وتركيز البروتياز (p > 0.05) عند كلا الوقتين، على الرغم من أن *Psidium guajava* قلل من مستويات البروتياز عند 12 ساعة مقارنة بالتحكم (p < 0.05). بشكل عام، تسلط الدراسة الضوء على إمكانيات بعض المضافات الطبيعية في تعديل مستويات الأمونيا والبروتياز في ثقافات البكتيريا HAB.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تفصيل إعداد وسط غني لاهوائي للبكتيريا المنتجة للأمونيا المفرطة (HAB)، باستخدام تركيبة محددة من العناصر الغذائية والعوامل المخفضة للحفاظ على الظروف اللاهوائية. تم جمع محتويات الكرش من الجاموس الذي تم عمل فتحة فيه وحضانته في هذا الوسط، مما أدى إلى نمو البكتيريا التي تم تثبيتها لاحقًا من خلال نقلات متعددة. كانت الدراسة تهدف إلى تقييم تأثيرات مختلف المركبات النباتية النشطة حيوياً، بما في ذلك الزيوت الأساسية والصابونين، على تثبيط HAB وتقليل إنتاج الأمونيا.
أشارت النتائج إلى أن المركبات النشطة حيوياً قللت بشكل كبير من نشاط البروتياز وإنتاج الأمونيا، على الأرجح بسبب خصائصها المضادة للميكروبات التي تعطل أغشية خلايا البكتيريا. أظهرت الزيوت الأساسية مثل الثوم والثيمول والأوريجانو فعالية ملحوظة في تقليل مستويات الأمونيا وتعزيز استخدام البروتين، مما يؤكد الأبحاث السابقة. ومع ذلك، سلطت الدراسة الضوء أيضًا على التباين في تأثيرات هذه المركبات، المتأثرة بعوامل مثل الجرعة ونوع الركيزة. ومن الجدير بالذكر أن العلاقة بين مستويات الأمونيا ونشاط البروتياز كانت منخفضة، مما يشير إلى أن وجود الأحماض الأمينية في الوسط الغني قد قلل من الحاجة لإنتاج البروتياز. بشكل عام، تؤكد النتائج على إمكانيات استخدام المركبات النباتية النشطة حيوياً كمضافات علفية لتحسين استخدام البروتين في الماشية مع تقليل تلوث النيتروجين البيئي. يُوصى بإجراء دراسات إضافية في الجسم الحي للتحقق من هذه النتائج في التطبيقات العملية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-38231-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41667700
Publication Date: 2026-02-10
Author(s): Yendrembam Mery Chanu et al.
Primary Topic: Ruminant Nutrition and Digestive Physiology
Overview
The study investigates the inhibition of ruminal hyper-ammonia-producing bacteria (HAB) using bioactive plant extracts and essential oils to enhance protein utilization and mitigate environmental pollution from fecal nitrogen excretion. An enrichment culture of HAB from buffalo rumen was established, and various essential oils and plant extracts were tested in vitro for their effects on ammonia production, protease activity, and bacterial growth. Notably, garlic oil, origanum oil, and thymol significantly reduced ammonia production (p < 0.05) at both 12 and 24 hours of incubation. Origanum oil also effectively decreased protease activity, while other tested compounds, including quillaja bark saponin and extracts from Psidium guajava, Cannabis sativa, and Allium schoenoprasum, did not show significant effects (p > 0.05).
The findings indicate that origanum oil is particularly effective in inhibiting HAB growth, ammonia production, and protease activity, suggesting its potential as a feed additive for improving protein utilization in ruminants and reducing environmental impact. However, the authors recommend further in vivo trials to validate these results and assess nitrogen balance before practical application in ruminant diets.
Methods
The study adhered to ethical guidelines approved by the Institute Animal Ethics Committee (IAEC) for the management and care of rumen cannulated animals, facilitating the collection of rumen contents for the preparation of enrichment cultures of hydrogen-producing bacteria (HAB) and subsequent in vitro fermentation studies. Conducted at the Rumen Microbiome Laboratory of ICAR-Central Institute for Research on Buffaloes in Hisar, India, the research complied with IAEC regulations and the ARRIVE guidelines. Phytogenic agents, specifically leaves from *Psidium guajava*, *Cannabis sativa*, and *Allium schoenoprasum*, were collected and taxonomically verified, ensuring adherence to the National Biodiversity Authority of India guidelines.
The experimental design comprised three distinct in vitro experiments aimed at assessing the effects of various phytogenic agents on ammonia production and protease activity in enrichment cultures of HAB derived from pooled rumen content of four adult buffaloes. Each experiment tested different doses of specific agents: Experiment 1 evaluated thymol, garlic oil, and quillaja bark saponin; Experiment 2 focused on origanum and eugenol oil; and Experiment 3 examined aqueous extracts of the aforementioned plant leaves. Each experiment included appropriate controls, with five replicates and duplicate analyses for ammonia and protease activity, ensuring robust and reliable results.
Results
The results of the study demonstrate the effects of various natural additives on ammonia-N production and protease activity in in vitro enrichment cultures of harmful algal bloom (HAB) bacteria. In the first experiment, thymol and garlic oil significantly reduced ammonia production at 24 hours (p < 0.01), while quillaja bark saponin showed no significant effect (p > 0.05). At 12 hours, garlic oil (except at the lowest dose) and thymol also significantly decreased ammonia-N levels, whereas saponin was ineffective. Protease levels exhibited a trend towards reduction (P = 0.053) at 12 hours, with saponin at higher doses resulting in significantly lower protease concentrations at 24 hours (p < 0.01). In the second experiment, origanum oil consistently decreased ammonia concentrations at all tested doses after both 12 and 24 hours (p < 0.01). Eugenol showed a significant reduction in ammonia at 0.5 g/l and 0.75 g/l doses at 12 hours, but only at 0.75 g/l at 24 hours. However, neither origanum oil nor eugenol affected protease activity significantly (p > 0.05). The third experiment assessed the effects of aqueous extracts from Psidium guajava, Cannabis sativa, and Allium schoenoprasum, revealing inadequate effects on ammonia production and protease concentration (p > 0.05) at both time points, although Psidium guajava did lower protease levels at 12 hours compared to control (p < 0.05). Overall, the study highlights the potential of certain natural additives in modulating ammonia and protease levels in HAB bacterial cultures.
Discussion
In this study, the preparation of an anaerobic enrichment medium for hyper-ammonia-producing bacteria (HAB) was detailed, utilizing a specific composition of nutrients and reducing agents to maintain anaerobic conditions. Rumen contents from fistulated buffaloes were collected and incubated in this medium, leading to bacterial growth that was subsequently stabilized through multiple transfers. The study aimed to assess the effects of various bioactive plant compounds, including essential oils and saponins, on the inhibition of HAB and the reduction of ammonia production.
The findings indicated that bioactive compounds significantly reduced protease activity and ammonia production, likely due to their antimicrobial properties that disrupt bacterial cell membranes. Essential oils such as garlic, thymol, and origanum demonstrated notable efficacy in decreasing ammonia levels and enhancing protein utilization, corroborating previous research. However, the study also highlighted variability in the effects of these compounds, influenced by factors such as dosage and substrate type. Notably, the correlation between ammonia levels and protease activity was low, suggesting that the presence of amino acids in the enrichment medium may have mitigated the need for protease production. Overall, the results underscore the potential of using plant-derived bioactive compounds as feed additives to improve protein utilization in livestock while reducing environmental nitrogen pollution. Further in vivo studies are recommended to validate these findings in practical applications.