RUDN Journal of Agronomy and Animal IndustriesRUDN Journal of Agronomy and Animal IndustriesВестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство2312-797X2312-7988Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba2036010.22363/2312-797X-2026-21-2-280-290JRBFMAAnimal breedingЖивотноводствоResearch ArticleEffects of Lacticaseibacillus paracaseiand Enterococcus faecium on the microbial community and metabolic potential of legume-cereal silageВлияние Lacticaseibacillus paracasei и Enterococcus faeciumна микробное сообщество и метаболический потенциал силоса бобово-злаковых культурhttps://orcid.org/0009-0004-9981-3016GallegosSophia J.ГаллегосСофия Джулия

Bachelor’s student, Faculty of Biotechnology

студент бакалавриата факультета биотехнологии

gallegos_sophia@outlook.comhttps://orcid.org/0000-0002-4336-82734260-6755PonomarevaEkaterina S.ПономареваЕкатерина Сергеевна

Engineer, Advanced Engineering School of Interdisciplinary Engineering

инженер Передовой инженерной школы интердисциплинарного инжиниринга

ololoven@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2789-48445826-7525IlinaLarisa A.ИльинаЛариса Александровна

Doctor of Biological Sciences, Professor, Department of Large Livestock Farming

доктор биологических наук, профессор кафедры крупного животноводства

ilina@biotrof.ruITMO UniversityНациональный исследовательский университет ИТМОSaint Petersburg State Agrarian UniversityСанкт-Петербургский государственный аграрный университет30082026212VOL 21, NO1 (2026)ТОМ 21, №1 (2026)28029031082026Copyright ©; 2026, Gallegos S.J., Ponomareva E.S., Ilina L.A.Copyright ©; 2026, Галлегос С.Д., Пономарева Е.С., Ильина Л.А.2026Gallegos S.J., Ponomareva E.S., Ilina L.A.Галлегос С.Д., Пономарева Е.С., Ильина Л.А.https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0https://agrojournal.rudn.ru/agronomy/article/view/20360

Silage is used as a major part of fodder all over the world. Lactic acid bacteria (LAB) play a critical role in silage production from legumes, grains, and other plants, lowering the pH by producing different kinds of organic acids during ensiling, which inhibits undesirable bacteria that decrease the quality and shelf life of the inoculated product. The aim of this study was to determine the effects of Lacticaseibacillus paracasei and Enterococcus faecium inoculated together and separately on the bacterial community, fermentation quality and metabolic pathways of legume-cereal silage after 30 days. We conducted a model ensiling of legume-cereal crops of the first harvest cut in the Leningrad region at the booting stage. Three experimental groups with different bacterial strains were added during ensiling (LE: L. paracasei and E. faecium; LP: L. paracasei; and EF: E. faecium). The microorganisms in the silage were counted at 0 and 30 days of ensiling, using Illumina MiSeq high-throughput sequencing to determine their composition. The DNA of the silage microbial community was isolated, amplified, sequenced, and processed, then used to predict functional metabolic pathway abundances based on 16S rRNA marker gene sequences using the database MetaCyc. LAB genera were presented as minor taxa pre-ensiling, while Weissella, Lactobacillus, and Pediococcus were the dominant genera after 30 days of silage. Overall, LE had the most desirable bacteria and metabolic pathways for silage. LP also performed favorably. EF had undesirable bacteria and metabolites, showing the worst fermentation quality. Our results found important differences in predicted carbohydrate and biogenic amine metabolism between the different groups as well. To our knowledge, little information is available regarding the dynamics of bacterial community succession and metabolic pathways of silage prepared with L. paracasei and E. faecium.

Силос используется в качестве основного кормового компонента во всем мире. Молочнокислые бактерии (МЛБ) играют ключевую роль в производстве силоса из бобовых, зерновых и других растений, снижая pH за счет продукции различных органических кислот во время силосования. Это подавляет рост нежелательных бактерий, которые ухудшают качество и срок хранения инокулированного продукта. Целью исследования являлось определение влияния раздельного и совместного добавления Lacticaseibacillus paracasei и Enterococcus faecium на состав бактериального сообщества и метаболические пути силоса бобово-злаковых культур после 30 дней ферментации. Было проведено модельное силосование бобово-злаковых культур первого укоса в Ленинградской области на фазе выхода в трубку. В процессе силосования были сформированы три экспериментальные группы с разными бактериальными штаммами: LE (L. paracasei + E. faecium), LP (L. paracasei) и EF (E. faecium). Микроорганизмы в силосе анализировали на 0 и 30 день силосования с помощью высокопроизводительного секвенирования на платформе Illumina MiSeq. ДНК микробного сообщества выделяли, амплифицировали, секвенировали и обрабатывали с последующим прогнозированием обилия функциональных метаболических путей на основе последовательностей маркерного гена 16S рРНК с использованием базы данных MetaCyc. До силосования роды МЛБ были представлены в меньшинстве, однако после 30 дней ферментации доминирующее положение заняли Weissella, Lactobacillus и Pediococcus. Группа LE продемонстрировала наиболее желательный состав бактерий и метаболических путей. Группа LP также показала хорошие результаты. Группа EF характеризовалась наличием нежелательных бактерий и метаболитов, что указывает на наихудшее качество брожения. Полученные результаты выявили значимые различия в прогнозируемом метаболизме углеводов и биогенных аминов между экспериментальными группами. Насколько нам известно, данные о динамике сукцессии бактериального сообщества и метаболических путей силоса, приготовленного с использованием L. paracasei и E. faecium, представлены в литературе крайне ограниченно.

ensilagelactic acid bacteriabacterial communitymetabolic pathwaysсилосованиемолочнокислые бактериибактериальное сообществометаболические путиДанное исследование было поддержано грантом Российского национального научного фонда № 23-16-20007 и грантом Санкт-Петербургского научного фонда № 23-16-20007 «Разработка комплексного биотехнологического подхода к биологической защите крупного рогатого скота и продуктов животноводства от патогенных бактерий и их токсинов»This research was supported by the Russian National Science Foundation Grant No. 23-16-20007 and the St. Petersburg Science Foundation Grant No. 23-16-20007 “Development of an integrated biotechnological approach for biological protection of cattle and livestock products from pathogenic bacteria and their toxins”Soundharrajan I, Jung JS, Muthusamy K, Lee BH, Park HS, Sivanesan R, et al. Effects of different lactic acid bacteria in single or mixed form on the fermentative parameters and nutrient contents of early heading triticale silage for livestock. Foods. 2023;12(23):4296. doi: org/10.3390/foods12234296 EDN: YFNUKNGuo X, Xu D, Li F, Bai J, Su R. Current approaches on the roles of lactic acid bacteria in crop silage. Microbial Biotechnology. 2022;16(1):67-87. doi: 10.1111/1751-7915.14184 EDN: TALGWZShen Y, Wang K, Xiong B, Xue F, Kang Y, Liu S, et al. Assessing the fermentation quality, bacterial composition and ruminal degradability of Caragana korshinskii ensiled with oat grass. Fermentation. 2025;11(7):420. doi: 10.3390/fermentation11070420 EDN: ZZWWQSYuan X, Dong Z, Li J, Shao T. Microbial community dynamics and their contributions to organic acid production during the early stage of the ensiling of Napier grass (Pennisetum purpureum). Grass and Forage Science. 2019;75(1):37-44. doi: 10.1111/gfs.12455Oliveira AS, Weinberg ZG, Ogunade IM, Cervantes AAP, Arriola KG, Jiang Y, et al. Meta-analysis of effects of inoculation with homofermentative and facultative heterofermentative lactic acid bacteria on silage fermentation, aerobic stability, and the performance of dairy cows. Journal of Dairy Science. 2017;100(6):4587-603. doi: 10.3168/jds.2016-11815Zhao X, Sun Y, Chang Z, Yao B, Han Z, Wang T, et al. Innovative lactic acid production techniques driving advances in silage fermentation. Fermentation. 2024;10(10):533. doi: 10.3390/fermentation10100533 EDN: OPXAOJJin S, Tahir M, Huang F, Wang T, Li H, Shi W, et al. Fermentation quality, amino acids profile, and microbial communities of whole-plant soybean silage in response to Lactiplantibacillus plantarum B90 alone or in combination with functional microbes. Frontiers in Microbiology. 2024;15:1458287. doi: 10.3389/fmicb.2024.1458287 EDN: EWWQYIXu D, Wang N, Rinne M, Ke W, Weinberg ZG, Da M, et al. The bacterial community and metabolome dynamics and their interactions modulate fermentation process of whole crop corn silage prepared with or without inoculants. Microbial Biotechnology. 2020;14(2):561-576. doi: 10.1111/1751-7915.13623 EDN: VKQMMOMuck RE, Nadeau EMG, McAllister TA, Contreras-Govea FE, Santos MC, Kung L. Silage review: Recent advances and future uses of silage additives. Journal of Dairy Science. 2018;101(5):3980-4000. doi: 10.3168/jds.2017-13839Bai J, Ding Z, Ke W, Xu D, Wang M, Huang W, et al. Different lactic acid bacteria and their combinations regulated the fermentation process of ensiled alfalfa: ensiling characteristics, dynamics of bacterial community and their functional shifts. Microbial Biotechnology. 2021;14(3):1171-1182. doi: 10.1111/1751-7915.13785 EDN: NKLMRNCaspi R, Billington R, Keseler IM, Kothari A, Krummenacker M, Midford PE, et al. The MetaCyc database of metabolic pathways and enzymes - a 2019 update. Nucleic Acids Research. 2020;48(D1):D445-D453. doi: 10.1093/nar/gkz862 EDN: ZBJXCVSun L, Bai C, Xu H, Na N, Jiang Y, Yin G, et al. Succession of bacterial community during the initial aerobic, intense fermentation, and stable phases of whole-plant corn silages treated with lactic acid bacteria suspensions prepared from other silages. Frontiers in Microbiology. 2021;12:655095. doi: 10.3389/fmicb.2021.655095 EDN: MOIQBWNa N, Qili M, Wu N, Sun L, Xu H, Zhao Y, et al. Bacterial community and fermentation quality of ensiling alfalfa with commercial lactic acid bacterial additives. Frontiers in Microbiology. 2022;13:836899. doi: 10.3389/fmicb.2022.836899 EDN: SVAUDCFranco M, Tapio I, Pirttiniemi J, Stefański T, Jalava T, Huuskonen A, et al. Fermentation quality and bacterial ecology of grass silage modulated by additive treatments, extent of compaction and soil contamination. Fermentation. 2022;8(4):156. doi: 10.3390/fermentation8040156 EDN: CSAKWDLi P, Zhang Y, Gou W, Cheng Q, Bai S, Cai Y. Silage fermentation and bacterial community of bur clover, annual ryegrass and their mixtures prepared with microbial inoculant and chemical additive. Animal Feed Science and Technology. 2019;247:285-293. doi: 10.1016/j.anifeedsci.2018.11.009Yuan X, Sun L. Silage safety. In: Cultural history and modern production technology of silage. Singapore: Springer Nature Singapore; 2025. p.145-165. doi: 10.1007/978-981-96-5787-2_10Wróbel B, Nowak J, Fabiszewska A, Paszkiewicz-Jasińska A, Przystupa W. Dry matter losses in silages resulting from epiphytic microbiota activity - a comprehensive study. Agronomy. 2023;13(2):450. doi: 10.3390/agronomy13020450 EDN: YDCVEHHuang Y, Jia T. Effects of lactic acid bacterial and chemical additives on the quality and biogenic amine production of oat silage at low temperature. Frontiers in Sustainable Food Systems. 2025;9:1499741. doi: 10.3389/fsufs.2025.1499741 EDN: ZSDGLJKrížek M. Biogenic amines in silage. 1. The occurrence of biogenic amines in silage. Archiv für Tierernaehrung. 1993;43(2):169-177. doi: 10.1080/17450399309386032Wang C, Sun L, Xu H, Na N, Yin G, Liu S, et al. Microbial communities, metabolites, fermentation quality and aerobic stability of whole-plant corn silage collected from family farms in desert steppe of North China. Processes. 2021;9(5):784. doi: 10.3390/pr9050784 EDN: FWHEGTMa Z, Wu C, Zhu L, Chang R, Ma W, Deng Y, et al. Bioactivity profiling of the extremolyte ectoine as a promising protectant and its heterologous production. 3 Biotech. 2022;12(12):331. doi: 10.1007/s13205-022-03370-5 EDN: DJSEELHuang Z, Wang M, Ke W, Guo X. Screening of high 1,2-propanediol production by Lactobacillus buchneri strains and their effects on fermentation characteristics and aerobic stability of whole-plant corn silage. Agriculture. 2021;11(7):590. doi: 10.3390/agriculture11070590 EDN: QBKHDIOkoye CO, Wang Y, Gao L, Wu Y, Li X, Sun J, et al. The performance of lactic acid bacteria in silage production: A review of modern biotechnology for silage improvement. Microbiological Research. 2023;266:127212. doi: 10.1016/j.micres.2022.127212 EDN: YSRJLVKeshri J, Chen Y, Pinto R, Kroupitski Y, Weinberg ZG, Sela Saldinger S. Bacterial dynamics of wheat silage. Frontiers in Microbiology. 2019;10:1532. doi: 10.3389/fmicb.2019.01532