Can electron acceptor supplementation improve ruminant production when methanogenesis is inhibited? | La supplémentation d'accepteurs d'électrons peut-elle améliorer la production des ruminants lorsque la méthanogenèse est inhibée ?

Английский. The livestock sector is one of the major anthropogenic sources of methane, which contributes to global warming. While available strategies can reduce methane emissions by around 25%, decreasing methanogenesis does not readily benefit the host animal as the feed energy corresponding to methane lost is not recovered for productive purposes. In the rumen, microbes ferment carbohydrates, to produce volatile fatty acids (VFAs), and reducing equivalents mainly dihydrogen. Rumen methanogens use carbon dioxide as the main electron acceptor to react with dihydrogen to produce methane, but other hydrogenotrophic pathways exist. We hypothesized that when methanogenesis is inhibited, the supplementation of an external electron acceptor could favour hydrogenotrophic pathways that produce nutrients such as VFAs, thus improving animal production.The objectives of this thesis were to investigate the potential of phenolic compounds as electron acceptors and their ability to improve animal production when methanogenesis is inhibited. We tested a range of phenolic compounds as hydrogen acceptors in vitro and investigated the effect of the selected phenolic compound in dairy cows. Our results showed that gallic acid and phloroglucinol were the best hydrogen acceptor candidates in vitro as they improved acetate and total gas production when methanogenesis was inhibited by 2-bromoethanesulfonate sodium (BES) or by the red seaweed Asparagopsis taxiformis. Moreover, phloroglucinol decreased dihydrogen accumulation, methane production, methanogen abundance while increasing the abundance of potential phenolic-degrading bacteria when methanogenesis was inhibited by BES. For practical and regulatory reasons, in the in vivo trial with 28 lactating cows, gallic acid and the methanogenesis inhibitor Asparagopsis armata were used. Contrary to in vitro results, gallic acid did not decrease dihydrogen and methane emissions or increase acetate and propionate proportions. However, gallic acid supplementation alleviated the negative effect of Asparagopsis armata effect on milk production and gallic acid combined with Asparagopsis armata had a positive interaction effect on milk production in this study.Our findings suggest that gallic acid and phloroglucinol have the potential to act as hydrogen acceptors in the rumen ecosystem. Notwithstanding, no interaction effect on dihydrogen emission was observed in vivo when gallic was combined with Asparagopsis armata. Further animal studies are needed for validation as the lack of effect observed might be attributable to the inclusion levels of gallic acid. Subsequent research should also explore the impact of gallic acid, both independently and in combination with a methanogenesis inhibitor, on milk production.

Французский. Le secteur de l'élevage est une source majeure de méthane d'origine anthropique, un facteur du réchauffement climatique. Tandis que les stratégies disponibles peuvent réduire les émissions de méthane d'environ 25 %, la diminution de la méthanogenèse ne profite pas facilement à l'animal hôte car l'énergie de l'aliment correspondant au méthane perdu n'est pas récupérée à des fins productives. Dans le rumen, les micro-organismes fermentent les glucides, produisant des acides gras volatils (AGV) ainsi que des équivalents réducteurs, principalement sous forme de dihydrogène. Les méthanogènes du rumen utilisent le CO2 comme principal accepteur d'électrons, qui réagit avec le dihydrogène pour générer du méthane. D'autres voies métaboliques hydrogénotrophes existent également. Nous avons postulé que si la méthanogenèse est inhibée, la supplémentation en un accepteur d'électrons externe pourrait encourager des voies hydrogénotrophes générant des nutriments tels que les AGV, améliorant ainsi la production animale.Cette thèse visait à explorer le potentiel des composés phénoliques en tant qu'accepteurs d'électrons et leur aptitude à optimiser la production animale lorsque la méthanogenèse est inhibée. Nous avons évalué divers composés phénoliques comme accepteurs d'hydrogène in vitro et avons examiné les effets d'un composé phénolique sélectionné chez les vaches laitières. Nos résultats indiquent que l'acide gallique et le phloroglucinol étaient les plus efficaces en tant qu'accepteurs d'hydrogène in vitro, augmentant la production d'acétate et de gaz total lorsque la méthanogenèse était inhibée par du 2-bromoéthanesulfonate de sodium (BES) ou par l'algue rouge Asparagopsis taxiformis. De plus, le phloroglucinol a réduit l'accumulation de dihydrogène, la production de méthane et la présence de méthanogènes tout en augmentant celle des bactéries dégradant potentiellement le phénolique, quand la méthanogenèse était inhibée par le BES. Pour des raisons pratiques et réglementaires, dans l'expérience in vivo réalisée sur 28 vaches laitières, l'acide gallique et l'inhibiteur de méthanogenèse Asparagopsis armata ont été utilisés. Contrairement aux résultats in vitro, l'acide gallique n'a pas réduit les émissions de dihydrogène et de méthane ni augmenté les proportions d'acétate et de propionate. Toutefois, la supplémentation en acide gallique a mitigé l'effet négatif de l'Asparagopsis armata sur la production laitière et l'association acide gallique et Asparagopsis armata a eu un effet d'interaction positive sur la production laitière dans cette étude.Nos découvertes suggèrent que l'acide gallique et le phloroglucinol ont le potentiel pour agir comme accepteurs d'hydrogène dans l'écosystème du rumen. Toutefois, dans l'expérimentation in vivo, l'acide gallique combiné avec Asparagopsis armata n'a pas eu d'effet d'interaction sur l'émission de dihydrogène. Des études supplémentaires sur les animaux sont nécessaires pour validation car le manque d'effet observé pourrait être attribuable aux niveaux d'inclusion de l'acide gallique. Les recherches futures devraient aussi examiner l'impact de l'acide gallique, seul ou en combinaison avec un inhibiteur de méthanogenèse, sur la production laitière.