Endolysins, the bacteriophage-originated peptidoglycan hydrolases, are a promising replacement for antibiotics due to immediate lytic activity and no antibiotic resistance. The objectives of this study were to investigate the lytic activity of endolysin LyJH307 against S. bovis and to explore changes in rumen fermentation and microbiota in an in vitro system. Two treatments were used: 1) control, corn grain without LyJH307; and 2) LyJH307, corn grain with LyJH307 (4 U/mL). An in vitro fermentation experiment was performed using mixture of rumen fluid collected from two cannulated Holstein steers (450 ± 30 kg) and artificial saliva buffer mixed as 1:3 ratio for 12 h incubation time. In vitro dry matter digestibility, pH, volatile fatty acids, and lactate concentration were estimated at 12 h, and the gas production was measured at 6, 9, and 12 h. The rumen bacterial community was analyzed using 16S rRNA amplicon sequencing. LyJH307 supplementation at 6 h incubation markedly decreased the absolute abundance of S. bovis (approximately 70% compared to control, P = 0.0289) and increased ruminal pH (P = 0.0335) at the 12 h incubation. The acetate proportion (P = 0.0362) was significantly increased after LyJH307 addition, whereas propionate (P = 0.0379) was decreased. LyJH307 supplementation increased D-lactate (P = 0.0340) without any change in L-lactate concentration (P > 0.10). There were no significant differences in Shannon’s index, Simpson’s index, Chao1 estimates, and evenness (P > 0.10). Based on Bray-Curtis dissimilarity matrices, the LyJH307 affected the overall shift in microbiota (P = 0.097). LyJH307 supplementation induced an increase of 11 genera containing Lachnoclostridium, WCHB1–41, unclassified genus Selenomonadaceae, Paraprevotella, vadinBE97, Ruminococcus gauvreauii group, Lactobacillus, Anaerorhabdus furcosa group, Victivallaceae, Desulfuromonadaceae, and Sediminispirochaeta. The predicted functional features represented by the Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes pathways were changed by LyJH307 toward a decrease of carbohydrate metabolism. LyJH307 caused a reduction of S. bovis and an increase of pH with shifts in minor microbiota and its metabolic pathways related to carbohydrate metabolism. This study provides the first insight into the availability of endolysin as a specific modulator for rumen and shows the possibility of endolysin degradation by rumen microbiota.

中文翻译：

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补充内溶素 LyJH307 对牛链球菌的特异性抑制改变了与碳水化合物代谢相关的瘤胃微生物群和代谢途径

Endolysins，噬菌体来源的肽聚糖水解酶，由于立即溶解活性和无抗生素抗性，是一种很有前途的抗生素替代品。本研究的目的是研究细胞内溶素 LyJH307 对牛链球菌的裂解活性，并探索体外系统中瘤胃发酵和微生物群的变化。使用了两种处理：1) 对照，不含 LyJH307 的玉米粒；和 2) LyJH307，含有 LyJH307 (4 U/mL) 的玉米粒。使用从两只空心荷斯坦牛 (450 ± 30 kg) 收集的瘤胃液和以 1:3 比例混合的人工唾液缓冲液的混合物进行体外发酵实验，孵育时间为 12 小时。在 12 小时估计体外干物质消化率、pH、挥发性脂肪酸和乳酸浓度，并在 6、9 和 12 小时测量产气量。使用 16S rRNA 扩增子测序分析瘤胃细菌群落。LyJH307 在孵育 6 小时时补充显着降低了牛链球菌的绝对丰度（与对照相比，大约为 70%，P = 0.0289）并在孵育 12 小时时增加瘤胃 pH 值（P = 0.0335）。添加 LyJH307 后，乙酸盐比例 (P = 0.0362) 显着增加，而丙酸盐 (P = 0.0379) 减少。LyJH307 补充剂增加了 D-乳酸 (P = 0.0340)，而 L-乳酸浓度没有任何变化 (P > 0.10)。香农指数、辛普森指数、Chao1 估计值和均匀度均无显着差异（P > 0.10）。基于 Bray-Curtis 相异矩阵，LyJH307 影响微生物群的整体变化（P = 0.097）。LyJH307 补充剂诱导了 11 个含有 Lachnoclostridium 的属的增加，WCHB1-41，未分类的硒单胞菌属、副菌属、vadinBE97、高氏瘤胃球菌组、乳杆菌、毛状厌氧菌组、Victivallaceae、脱硫单胞菌科和Sediminispirochaeta。LyJH307 改变了京都基因和基因组途径百科全书所代表的预测功能特征，以减少碳水化合物代谢。LyJH307 导致牛链球菌的减少和 pH 值的增加，以及与碳水化合物代谢相关的微小微生物群及其代谢途径的变化。该研究首次深入了解内溶素作为瘤胃特定调节剂的可用性，并显示了瘤胃微生物群降解内溶素的可能性。Anerorhabdus furcosa 组、Victivallaceae、Desulfuromonadaceae 和 Sediminispirochaeta。LyJH307 改变了京都基因和基因组途径百科全书所代表的预测功能特征，以减少碳水化合物代谢。LyJH307 导致牛链球菌的减少和 pH 值的增加，同时轻微微生物群及其与碳水化合物代谢相关的代谢途径发生变化。该研究首次深入了解内溶素作为瘤胃特定调节剂的可用性，并显示了瘤胃微生物群降解内溶素的可能性。Anerorhabdus furcosa 组、Victivallaceae、Desulfuromonadaceae 和 Sediminispirochaeta。LyJH307 改变了京都基因和基因组途径百科全书所代表的预测功能特征，以减少碳水化合物代谢。LyJH307 导致牛链球菌的减少和 pH 值的增加，以及与碳水化合物代谢相关的微小微生物群及其代谢途径的变化。该研究首次深入了解内溶素作为瘤胃特定调节剂的可用性，并显示了瘤胃微生物群降解内溶素的可能性。LyJH307 导致牛链球菌的减少和 pH 值的增加，以及与碳水化合物代谢相关的微小微生物群及其代谢途径的变化。该研究首次深入了解内溶素作为瘤胃特定调节剂的可用性，并显示了瘤胃微生物群降解内溶素的可能性。LyJH307 导致牛链球菌的减少和 pH 值的增加，以及与碳水化合物代谢相关的微小微生物群及其代谢途径的变化。该研究首次深入了解内溶素作为瘤胃特定调节剂的可用性，并显示了瘤胃微生物群降解内溶素的可能性。