Effects of coculturing of anaerobic gut fungi and lactic acid bacteria on enzyme activities

Abstract

Rumen, main compartment of the stomach of ruminant herbivores, have a low redox potential and anaerobic ecosystem in where various microbial populations inhabit, such as bacteria, anaerobic gut fungi (AGF), protozoa and archaea. These microbial groups have a symbiotic life whilist both synergetic releationship and inhibition of some activities could be observed when they are cultured as mixture. Relatively higher enzyme activities of the AGF is well documented although our knowledge about the possible effects of coculturing with lactic acid bacteria on their enzyme activity is still limited. In current work, AGF Neocallimastix GMLF11 was cocultured with Enterecoccus sp and Bifidobacterium sp separately and its enzyme activities (inulinase and sucrase) were determined at 45 oC after 24, 36 and 48 hours incubation periods. The highest supernatant specific sucrase (EC 3.2.1.48) activity of Neocallimastix GMLF11 and Enterecoccus sp coculture was determined as 21,4 mol/min/mg/ml protein for 36h incubation while cell associated specific sucrase activity of same mixture was observed as 22,4 mol/min/mg/ml protein for 48 h incubation. Neocallimastix GMLF11 and Bifidobacterium sp coculture showed the highest cell associated specific sucrase activity at 48h incubation as 22,4 mol/min/mg/ml protein, whilst that activity was determined as 24,6 mol/min/mg/ml protein for supernatant samples at the end of 24h incubation period. The highest cell associated and supernatant specific activities of pure culture of Neocallimastix sp was 8 and 12,3 mol/min/mg/ml respectively. Axenic cultures of Enterecoccus sp and Bifidobacterium sp showed 20,7 and 21 mol/min/mg/ml protein supernatant enzyme activity respectively, while cell associated specific activities of that cultures were calculated as 15,9 and 17,6 mol/min/mg/ml protein respectively. These results suggest that enzyme activities of these microbial groups are remarkably induced when they were grown in coculture.

Keywords

• Anaerobic gut fungi
• bifidobacterium
• Enterecoccus
• Neocallimastix
• Rumen

Anaerobik Gut Fungusları İle Laktik Asit Bakterilerinin Kokültür Olarak Yetiştirildiklerinde Enzim Aktiviteleri Üzerine Etkileri

Öz

Rumen, ruminant hayvanların sindirim sistemi içerisinde yer alan, dört bölmeden oluşan midenin en önemli kısmını oluşturan, redoks potansiyeli düşük, anaerobik ve mikroflora bakımından geniş populasyona sahip bir ekosistemdir. Bu mikroflora içerisinde bakteriler, protozoanlar, anaerobik gut fungusları (AGF), arkealar yer almaktadır. Çoğunlukla simbiyotik yaşam sürmekte olan bu mikroorganizmaların birbirleri üzerine sinerjetik ve baskılayıcı etkileri de bulunmaktadır. AGF yüksek fibrolitik enzim aktivitelerine sahip mikroorganizmalardır, ancak laktik asit bakterileri ile birlikte yetiştirildiklerinde enzim aktiviteklerinin hangi yöndeetkileneceğine dair bilgilerimiz oldukça kısıtlıdır. Bu çalışmada AGF cinslerinden Neocallimastix sp GMLF11 ile Enterecoccus sp ve Bifidobacterium sp ayrı ayrı anaerobik besi yerinde 24, 36 ve 48 saatlik inkübasyona bırakılmış ve 45 oC ‘deki (inülinaz,sükraz) enzim aktiviteleri incelenmiştir. Hücre dışındaki sukrozun parçalanması ile oluşan spesifik enzim aktivitesi GMLF11 Enterecoccus sp için 21,4 mol/min/mg/ml protein olarak 36. saatte gerçekleşirken, hücre içi spesifik aktivite 22,4 mol/min/mg/ml protein olarak 48. saatte en yüksek seviyeye ulaşmıştır. Diğer kombinasyon olan GMLF11 - Bifidobacterium sp hücre içi spesifik enzim aktivitesi 48 saat sonunda 22,4 mol/min/mg/ml protein olarak ölçülmüş, hücre dışı en yüksek seviyeye (24,6 mol/min/mg/ml protein) ise 24 saat sonunda ulaşılmıştır. Neocallimastix sp’nin hücre içi spesifik enzim aktivitesi ise 36. saatte 8 mol/min/mg/ml hücre dışı aktivite ise 12,3 mol/min/mg/ml olarak hesaplanmıştır. Enterecoccus sp ve Bifidobacterium sp saf kültür olarak 36 saatlik inkübasyonları sonunda süpernatant enzim aktivitesi sırası ile 20,7 ve 21 mol/min/mg/ml protein olarak belirlenirken hücre içi aktivite ise 48 saatte 15,9 ve 17,6 mol/min/mg/ml protein olarak ölçülmüştür. Bu sonuçlar funguslar ile laktik asit bakterilerinin kokültür olarak yetiştirildiklerinde enzim aktivitelerinde önemli derecede artış olduğunu göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

• Anaerobik gut fungusları
• Bifidobacterium
• Enterecoccus
• Rumen
• Neocallimastix

References

1. Kittelmann, S.; Naylor, G.E.; Koolaard, J.P.; Janssen, P.H. (2012),A proposed taxonomy of anaerobic fungi (class neocallimastigomycetes) suitable for large-scale sequence-based community structure analysis., 7, 1–13
2. Paul, S.S.; Bu, D.; Xu, J.; Hyde, K.D.; Yu, Z.(2018).,A phylogenetic census of global diversity of gut anaerobic fungi and a new taxonomic framework. Fungal Divers., 89, 253–266.
3. Orpin, C.G., 1975. Studies on the Rumen Flagellate Neocallimastix frontalis. Journal of general microbiology, 91(2),.249–262.