MODULACIÓN DE LA FERMENTACIÓN RUMINAL: DESAFÍOS Y OPORTUNIDADES

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LA FERMENTACIÓN RUMINAL

1.- INTRODUCCIÓN

Los rumiantes son animales peculiares en su anatomía y fisiología digestivas. La presencia de una cámara de fermentación pre-gástrica, el rumen, que alberga una compleja población microbiana (bacterias, protozoos, hongos, arqueas y virus), les permite utilizar recursos fibrosos vegetales que de otra forma no lo serían por las enzimas digestivas del animal. La fermentación microbiana de los alimentos en el rumen origina ácidos grasos volátiles (AGV) y proteína microbiana, que son utilizados por el animal. Esto les confiere a los rumiantes la capacidad de alimentarse a base de recursos alimenticios (pastos, forrajes y arbustos) que no son utilizables por otras especies y poder hacer uso de recursos fibrosos como subproductos derivados de la industria alimentaria (oleícola, vitivinícola, hortalizas, cítricos…), que en el caso de España representa un volumen anual muy significativo (MAGRAMA, Anuario de estadística agroalimentaria, 2012). Por otro lado, como resultado de la fermentación microbiana de los alimentos en el rumen se originan proteína calor y gases, principalmente CO2 , CH4 , H2 .

David R. Yáñez-Ruiz
Estación Experimentald el Zaidín (CSIC), Profesor Albareda, 1, 18008, Granada david.yanez@eez.csic.es

La relación simbiótica que se establece entre el ecosistema microbiano y el rumiante adulto es muy específica, lo que determina que la población microbiana varíe de un individuo a otro (Jami y Mizrahi, 2012). Los intentos realizados para modificar la composición de la microbiota del rumen mediante cambios en al alimentación para maximizar la eficiencia digestiva se ven en muchas ocasiones impedidos por la resistencia que ofrece el ecosistema ruminal a ser alterado, una vez está totalmente establecido en el animal adulto. Ejemplos de esta dificultad de manipulación son: el intento de reducir la producción de metano en rumiantes mediante el uso de aditivos alimenticios (MartínezFernández et al., 2013), maximizar la digestión de forrajes de mala calidad nutritiva o subproductos alimenticios (Molina- Alcaide y Yáñez-Ruiz, 2008), reducir la degradación de la proteína de la dieta en el rumen (Bach et al., 2005) o maximizar la capacidad tamponadora de pH del rumen cuando el animal se alimenta con un nivel muy bajo de fibra larga y alto contenido de carbohidratos fácilmente fermentables (Mohamed et al., 2012).

En este trabajo se presentan algunas de las estrategias que actualmente se están investigando para modular la microbiota y fermentación ruminal y los desafíos más importantes para ponerlas en práctica. Durante las jornadas se presentarán las estrategias más relevantes con más detalle.

2.- MICROBIOTA RUMINAL

La microbiota ruminal constituye una comunidad microbiana diversa, y altamente específica en relación a sus funciones metabólicas, que son esenciales para el desarrollo, salud y nutrición del rumiante (Morgavi et al., 2010). Los principales microorganismos del rumen se clasifican en bacterias, protozoos, arqueas metanogénicas, hongos y virus (Figura 1). Se estima que en el ecosistema ruminal existen más de 1.000 especies distintas (Deng et al., 2008), pertenecientes filogenéticamente a los dominios Bacteria, Archaea y Eucarya. La mayor parte de estos microorganismos no han sido aún cultivados pero la aplicación de técnicas moleculares ha permitido estimar que, por ejemplo, las bacterias ruminales representan más de 400 filotipos (Edwards et al., 2004; Yu et al., 2006).

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La microbiota ruminal es dinámica y puede verse afectada por diversos factores, tales como la dieta, la especie o la edad del animal, la presencia de aditivos en la dieta, la zona geográfica en la que se asienta una determinada explotación ganadera o la estación del año (Zhou et al., 2010). Los microorganismos ruminales establecen entre sí relaciones complejas de cooperación, que permiten la degradación del alimento que llega al rumen y, en consecuencia, la utilización de sus nutrientes. También se establecen relaciones de competencia, intra e inter-específica, y de predación (Ley et al., 2006).

La mayoría de los microorganismos presentes en el rumen son anaerobios estrictos aunque existen anaerobios facultativos, que metabolizan el oxígeno que llega al rumen a través del alimento, del agua de bebida o de las paredes del rumen. La anaerobiosis se mantiene en el rumen gracias a los gases generados durante la fermentación, dióxido de carbono, metano e hidrógeno. Solo los microorganismos capaces de tolerar un potencial redox bajo (-350 mV) pueden sobrevivir en el rumen (Kamra, 2005). La temperatura óptima en este órgano es de 39oC. Además, los microorganismos ruminales disponen de moléculas que permiten la adhesión, colonización y degradación de los sustratos, capaces de inhibir el crecimiento de competidores (bacteriocinas) o de resistir al sistema inmunitario del animal hospedador. Esta plasticidad genética les permite adaptarse a los cambios en dicho hábitat, lo que junto a las elevadas tasas de multiplicación permite el mantenimiento de densidades estables de microorganismos; (Ley et al., 2006), lo que favorece la supervivencia y crecimiento en dicho ecosistema en relación al tiempo de residencia del alimento en el rumen.

3.- DESAFÍOS

Durante la exposición en las jornadas se presentarán dos cuestiones principalmente: i) la reducción de la producción de metano entérico por parte de los rumiantes y ii) la mejora de la fermentación de carbohidratos y disminución de la incidencia de acidosis metabólica.

i) Reducción de la producción de metano entérico por parte de los rumiantes

La formación de metano representa una pérdida energética importante para el ruminate (2-12% de energía bruta ingerida; Johnson y Johnson, 1995) pero supone la principal vía metabólica para mantener la concentración de H 2 dentro de límites fisiológicos del ecosistema microbiano y así permitir que la cadena de degradación orgánica en el rumen no se detenga (Figura 2). Por otro lado, el metano es un gas que contribuye de manera importante al denominado “efecto invernadero”, con un potencial radiativo más de 20 veces superior al del CO2 . Los rumiantes domésticos producen más de 80 millones de toneladas de CH 4 anuales, lo que supone alrededor del 33% del total de metano antrópico emitido (Beauchemin et al., 2008), habiéndose estimado que en España ese porcentaje es del 31% (MAGRAMA, 2011).

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