Investigación internacional

Ganado: logran secuenciar el 75 % de las bacterias del rumen

El consorcio Hungate1000, donde participan investigadores del INTA, generó y analizó las secuencias y genomas de 410 microorganismos presentes en el rumen de varias especies animales. Esta información contribuirá a producir biocombustibles y generar estrategias para reducir gases de efecto invernadero en la ganadería.

Fotos gentileza investigadores
Ganado: logran secuenciar el 75 % de las bacterias del rumen

Comprender las funciones de los microorganismos que forman el contenido ruminal de los rumiantes resulta esencial para sustentar el desarrollo de tecnologías y prácticas que respaldan la producción eficiente de alimentos del ganado a nivel mundial y, a su vez, minimizar las emisiones de gases de efecto invernadero.

Este es el objetivo del proyecto científico internacional Hungate1000, que presentó 410 bacterias cultivadas y arqueas –organismos unicelulares- junto con sus genomas de referencia que representan a todas las familias asociadas al microbioma del rumen.

Con la participación de más de 55 científicos pertenecientes a 19 organizaciones de investigación de nueve países, donde el INTA es el único representante por Sudamérica, se acaba de publicar el artículo “Cultivation and sequencing of rumen microbiome members from the Hungate1000 Collection”, en la revista científica Nature Biotechnology.

Esta investigación “es un verdadero impulso la biología del microbioma del rumen, ya que no solo permitió secuenciar los genomas de bacterias y arqueas que allí viven, sino determinar que 134 son las mismas que se encuentran en el intestino humano”, indicó Silvio Cravero, del Instituto de Biotecnología del CICVyA en INTA Castelar.

El estudio permitió analizar aproximadamente el 75 % de los géneros bacterianos presentes en el rumen.

Cravero junto con Maria Esperanza Ceron Cucchi, del Instituto de Patobiología y Biotecnología del CICVyA, forman parte del consorcio internacional Hungate1000 que incorporó a las bases de datos las secuencias de 410 microorganismos.

Además, se analizaron 91 genomas de interés disponibles, elevándose a 501 el número de organismos secuenciados analizados -480 bacterias y 21 arqueas-. En 2012, cuando el consorcio inició los estudios, solo 14 genomas microbianos estaban disponibles para su estudio.

De esta manera, los investigadores que integran el estudio estiman que se ha analizado aproximadamente el 75 % de los géneros bacterianos presentes en el rumen. Un rumiante tiene 4 compartimentos uno de los cuales es el rumen, el cual fue el motivo de estudio.

Los investigadores coinciden en que “este trabajo contribuirá a conocer la diversidad de las bacterias y arqueas presentes en el contenido ruminal y su funcionamiento, pero, además, aportará al diseño y monitoreo de estrategias de mitigación de la producción de metano en los sistemas de producción animal y será una línea de base para el estudio de microbiotas de otras especies animales”.


Imagen ampliada de los microorganismos del contenido ruminal.

La colección de microorganismos y sus genomas, “constituyen un recurso biológico que se puede utilizar para avanzar en el estudio de secuencias de genes con propiedades a nivel industrial y en la comprensión de la fisiología ruminal”, destacó Cravero y agregó: “Esto permitirá encontrar un equilibrio entre consumo, producción y reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero”.

Bacterias, protozoos, arqueas, hongos y bacteriófagos conforman la microbiota rumial cuya principal función “es la de digerir enzimáticamente el alimento vegetal”, explicó Cerón Cucchi.

Según la investigadora “la microbiota contribuye ampliamente a la promoción de la salud, productividad e inmunidad del animal. Es un campo de investigación en pleno auge a nivel internacional”, explicó y agregó que, por su función, estos microorganismos residentes en el tracto gastrointestinal “determinan la extracción de nutrientes y participan en la regulación de su balance energético”.

De acuerdo con este artículo y traducida en números, la fermentación entérica en rumiantes libera unas 125 millones de toneladas de metano en la atmósfera al año y es considerada la fuente antropogénica más importante de emisión de este gas de efecto invernadero. 

 

Un catálogo para futuros desarrollos

Los aislamientos generados permitirán avanzar nos solo en investigación orientadas en la producción de biocombustibles, sino también de alimentos para animales, aditivos y antibióticos, aceites esenciales, así como incursionar en la generación de vacunas contra arqueas metanógenas, dado que si se cuenta con la secuencia del genoma se puede identificar la proteína candidata para la vacuna. Tampoco descartan las aplicaciones en humanos.

El estudio permitirá encontrar un equilibrio “entre consumo, producción y reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero” (Silvio Cravero).

En el Laboratorio de Microbiología del Rumen del Instituto de Patobiología y Biotecnología generó los primeros datos relacionados a la caracterización microbiana de lo que sería el rumen en camélidos sudamericanos.

Recientemente, el Instituto de Biotecnología inició colaboraciones con laboratorios de Nueva Zelanda para expresar en levaduras proteínas de arqueas metanogénicas. Serán evaluadas como inmunógenos en el diseño de vacunas destinadas a mitigar la emisión de gas metano derivado de la producción animal.

Los animales rumiantes -bovinos, caprinos, ovinos entre otros- son capaces de convertir materia vegetal lignocelulósica en proteína animal de alto valor, como carne, leche y fibra.


Los investigadores Maria Esperanza Ceron Cucchi y Silvio Cravero.

El rumen tiene un contenido que está formado por una comunidad de microorganismos o microbiota compleja constituida por bacterias, protozoos, fagos, arqueas y hongos. Se trata de un microbioma con alta densidad y diversidad microbiana con unos 10 mil millones de microorganismos por mililitro.

Como consecuencia del proceso de fermentación, se generan compuestos como ácidos grasos de cadena corta (acético, propiónico y butírico son los que se producen en mayor cantidad en la fermentación de los alimentos en el rumen) que son absorbidos y utilizados como fuente de energía por el animal.

Durante el proceso también se generan moléculas simples como amonio, dióxido de carbono, hidrógeno y metano, este último reconocido entre los principales gases de efecto invernadero que contribuyen al cambio climático.

“La microbiota contribuye ampliamente a la promoción de la salud, productividad e inmunidad del animal” (María Ceron Cucchi).

Si bien el ecosistema ruminal se estudia desde hace varios años, el conocimiento sobre la microbiota involucrada en la degradación de material lignocelulósico y de la formación del gas metano es limitado.

Es necesario comprender que un animal, un humano, una planta e incluso un insecto, requieren para desarrollarse normalmente estar asociados a comunidades bacterianas determinadas, lo que lleva a definir el término holobionte. Donde cada uno conforma una unidad ecológica en conjunto con sus microbiomas y evolucionan juntos.

De la publicación en Nature participaron científicos de Nueva Zelanda, Estados Unidos, Canadá, Australia, Japón, Reino Unido, Francia, Arabia Saudita, Dinamarca junto a los integrares del proyecto Hungate1000 (toma su nombre del reconocido microbiólogo estadounidense Robert Hungate y 1000, porque la meta fijada es llegar a estudiar 1000 aislamientos microbianos ruminales).

Este consorcio liderado por los investigadores del Centro de Investigación en Pasturas del AgResearch, de Nueva Zelanda. Recibió financiamiento del gobierno de ese país y del Departamento de Energía de los Estados Unidos, a través del Joint Genome Institute (JGI). Tuvo el auspicio de la Alianza Global para la Investigación de Gases de Efecto Invernadero en la Agricultura (conocida como Global Research Alliance).


Se avanza en la caracterización del microbiana
de lo que sería el rumen en camélidos sudamericanos.