Quais são as principais bactérias existentes na microbiota dos ruminantes?

Foto: Nicoline, Humberto

A produção de etanol a partir da biomassa lignocelulósica corresponde à segunda geração de biocombustíveis, sendo promissora tecnologia em fase de desenvolvimento. O custo das enzimas para a hidrólise enzimática é um dos gargalos para a obtenção do etanol de segunda geração. Portanto, a busca por novas tecnologias para o aumento da produção de etanol envolve a pesquisa de organismos que possuem a capacidade de sintetizar enzimas envolvidas na degradação da fibra vegetal, ou seja, a degradação da celulose, hemicelulose e lignina que são os principais constituintes destes materiais fibrosos. Os micro-organismos presentes no rúmen de bovinos surgem como uma alternativa promissora, pois esta microbiota pode ser fonte potencial de organismos que possuem enzimas envolvidas na degradação da fibra lignocelulósica. Este projeto objetiva purificar e caracterizar enzimas celulolíticas e xilanolíticas produzidas pela microbiota ruminal de bovinos alimentados com dieta rica em carboidratos estruturais. Os procedimentos para o isolamento de microrganismos fibrolíticos são realizados em condições e meios de cultura específicos já descritos na literatura. Após essa fase, será realizada a identificação por sequenciamento do gene 16S rRNA para bactérias e 18S rDNA para fungos. Será caracterizada, por metagenômica, a comunidade de micro-organismos ruminais. As enzimas fibrolíticas serão purificadas e caracterizadas. Tem-se como meta avaliar 10 % dos micro-organismos que apresentarem maior potencial para produzir enzimas fibrolíticas. As enzimas serão caracterizadas quanto ao seu peso molecular e sua atividade enzimática nos laboratórios da Embrapa Gado de Leite e da Embrapa Caprinos, bem como a atividade enzimática comparada a extrato enzimático comercial na Embrapa Agroenergia. Como produto final do projeto, espera-se a obtenção de enzimas celulolíticas e xilanolíticas caracterizadas oriundas dos cinco isolados pré-selecionados. Em um futuro projeto poderá ser possível prospectar os genes que codificam as enzimas isoladas, para que estes possam ser clonados em micro-organismos mais comumente utilizados na indústria. Os micro-organismos isolados serão incorporados na coleção gerenciada pelo projeto “Micro-organismos de interesse para o agronegócio do Leite”, da Embrapa, para estudos posteriores, com potencial para interagir com outras instituições e formação de rede de pesquisa em microbiologia do rúmen, nutrição de ruminantes ou outra área. Os conhecimentos gerados servirão de fundamento para o desenvolvimento de tecnologias inovadoras para o aproveitamento da biomassa vegetal, como para a indústria de biocombustíveis (etanol de segunda geração) ou para a pecuária tropical.

Boa tarde, Maurício, obrigado pela leitura. Seguem as referências.

Metagenomic Analysis of the Rumen Microbiome of Steers with Wheat-Induced Frothy Bloat (2016). Pitta et al. Frontiers in Microbiology

Epimural Indicator Phylotypes of Transiently-Induced Subacute Ruminal Acidosis in Dairy Cattle (2016). Wetzels et al.  Frontiers in Microbiology

The rumen microbial metagenome associated with high methane production in cattle (2015). Wallace et al. BMC Genomics.

Changes in rumen microbiota composition and in situ degradation kinetics during the dry period and early lactation as affected by rate of increase of concentrate allowance. (2017). Dieho et al. J Dairy Sci.

Rumen Microbiology: From Evolution to Revolution (2015). Puniya et al. (Book). Ed. Springer

Estudo da microbiota ruminal: quando apenas abrir os olhos não é o suficiente

Por Natanael Leitão – São Paulo/SP

Não é novidade que o corpo dos animais abriga trilhões de células de micro-organismos, dentre bactérias, fungos e protozoários. Identificadas primeiramente no sistema digestivo, essas populações por muitos anos foram denominadas “flora intestinal”, e hoje, devido a classificação dos micro-organismos fora do grupo dos vegetais, são chamadas de microbiota, e sabe-se que também estão presentes na pele, partes do sistema respiratório e genito-urinário.

(Ilustração: Kristen Phillips)

Os bovinos são dotados de uma microbiota extensa e variada, principalmente no rúmen, órgão responsável pela fermentação da matéria vegetal que abriga mais de 200 espécies de bactérias, 25 gêneros de protozoários e seis gêneros de fungos identificados até o momento. Dentre as bactérias, grupo mais abundante e diversificado, destacam-se as responsáveis pela digestão de fibras Fibrobacter succinogenes, Ruminococcus albus, Prevotella ruminicola e as digestoras de amido Ruminobacter amylophilus, Succinivibrio dextrinosolvens, S. amylolytica e o grupo dos Lactobacillus spp. (Puniya, 2015). Essas bactérias possuem repertórios enzimáticos que quando combinados, agem sequencialmente na quebra do alimento ingerido, efetuando parte do processo da digestão para o animal.

Uma microbiota ruminal sadia desempenha um importante papel fisiológico como na produção de vitaminas do complexo B, ativação do sistema imunológico e principalmente em processos digestivos dos animais. A predominância do grupo dos Firmicutes em animais em lactação está correlacionada com aumento da produtividade de leite em até 30% (Pitta, 2016). O aumento dos gêneros Prevotella sp. e Lactobacillus sp. está correlacionado com aumento da ingestão de matéria seca (Derakhshani, 2017).

Desequilíbrios na microbiota ruminal, como o aumento dos gêneros Campylobacter sp. e Kingella sp., estão associadas com a acidose ruminal (Wetzels, 2016). Aumento da população dos grupos Bacteriodes e Proteobacteria provoca redução na ingestão de concentrado em animais em lactação (Dieho, 2017). Em animais com elevada produção de metano, o grupo Methanobrevibacter spp. foi duas vezes mais abundante que o esperado (Wallace, 2015).

A manipulação da microbiota é uma das mais modernas vertentes biotecnológicas da pecuária e pode trazer diversos benefícios aos animais e aos produtores rurais, caso seja realizada adequadamente. A alternativa mais viável para realizar uma manipulação satisfatória é com a utilização de probióticos específicos. Para as novas oportunidades do século XXI o produtor rural não deverá apenas abrir olhos, mas quem sabe olhar pelas lentes de um microscópio.

*Natanael é biólogo pela UECE, com mestrado e doutorado em Microbiologia e Imunologia pela Universidade Federal de São Paulo. Possui experiência em microbiomas e desenvolvimento de probióticos de uso animal. Fundador da YLive biotecnologia.

Artigo acessado no site MilkPoint em 02/03/2017

Quais são as bactérias ruminais?

Quais são os principais microrganismos que compõem a microbiota ruminal?

Quais microrganismos são encontrados no rúmen?

Como são classificadas as bactérias do rúmen?