Ensayo # 1: “Los microorganismos y su papel en la fermentación de nutrientes en el rumen”

Ensayo # 1: “Los microorganismos y su papel en la fermentación de nutrientes en el rumen”

Introducción

A través de la historia ha sido demostrada la importancia de la microbiota de los organismos superiores en el buen funcionamiento de estos. Uno de los ecosistemas más complejos es el del tracto digestivo de los rumiantes.

Estos animales han desarrollado características anatómicas que permiten la ingestión de grandes cantidades de alimento, con altos contenidos de fibra, las cuales son ricas en polisacáridos de difícil degradación. Sin embargo al igual que el resto de los animales, los rumiantes, no cuentan con la batería enzimática necesaria para la fermentación de estos compuestos.

Los microorganismos presentes en el rumen, como bacterias, protozoos y hongos, son capaces de transformar la celulosa, hemicelulosa y la pectina, presentes en los alimentos fibrosos, a ácidos grasos de cadena corta (AGCC), que constituyen la principal fuente de energía para estos animales. Además, permiten un aprovechamiento de fuentes de nitrógeno no proteico (NNP), para su conversión en proteína microbiana, y sintetizan vitaminas hidrosolubles incluyendo B12. El rumiante además de los productos finales de la fermentación, utiliza también los nutrientes contenidos en los cuerpos celulares de los microorganismos, que son aprovechados al digerirse en el abomaso e intestino delgado.

Todos estos procesos microbianos determinan el valor nutritivo de los alimentos y condicionan la productividad animal, tanto en lo que se refiere a la mejora de índices productivos, como a la calidad de los productos obtenidos.

El presente trabajo tiene como objetivo abordar algunos aspectos generales de la fermentación de las diferentes fuentes de nutrientes y energía en el rumiante, así como destacar el papel protagónico de los microorganismos ruminales en estos procesos.

Composición y función de la microbiota ruminal

La comunidad microbiana que habita el tracto gastrointestinal se caracteriza por su alta densidad de población, amplia diversidad y complejidad de interacciones. Los mayores grupos bacterianos están representados en el tracto y este contiene representantes de los tres dominios: Bacteria, Archaea y Eucarya, (Woese et al., 1990). El rumen, es uno de los ecosistemas más extensivamente estudiado, contiene un gran número de bacterias (más de 1011 células/ml, que comprenden alrededor de 200 especies), protozoarios ciliados (104-106 células/ml distribuidos en 25 géneros), hongos anaerobios del rumen (densidades de población de zoospore de 103-105 por ml divididos en cinco géneros) y bacteriófagos (107-109 partículas/ml) (Klieve y Swain, 1993; Hespell et al., 1997; Orpin y Joblin, 1997; Stewart et al., 1997; Williams y Coleman, 1997).

Estos microorganismos viven en estrecha relación simbiótica (mutualista) con el animal rumiante. El hospedero les ofrece un nicho ambientalmente favorable, con un suministro continuo de alimentos y remoción de productos finales, mientras que los microorganismos proveen un servicio digestivo, que proporciona grandes cantidades de energía disponible al animal hospedero la cual puede obtenerse a través de sus propios procesos digestivos (González, 2003).

Las bacterias son la mayor y más diversa población microbiana que está presente en el rumen (Phillips y Gordon, 1995) y realizan varias de las funciones vitales para el desarrollo del huésped. Estas fueron descritas y clasificadas por Hungate (1966), sobre la base de la utilización de sustratos y productos finales producidos.

Los protozoos fueron los primeros organismos descubiertos en el rumen, por su tamaño relativamente grande (Hardy, 1987). Estos microorganismos pueden afectar la velocidad de crecimiento del animal, la digestibilidad de la ración y la calidad y cantidad de la proteína microbiana disponible a nivel intestinal (Coleman, 1980 y Veira, 1986 citados por González, 2003). Los ciliados no solamente contribuyen a los procesos metabólicos en el rumen sino que además, son capaces de modular las características físico-químicas del ecosistema (Williams, 1991). Se ha demostrado que influyen en el volumen del órgano, la retención de la digesta, la composición y actividades de la población microbiana presente, las concentraciones y proporciones de productos finales de la fermentación microbiana y en el pH ruminal (González, 2003). Los cambios en uno de estos parámetros pueden influir en la función ruminal y como consecuencia la digestión ruminal de proteína dietaria, materia orgánica y fibra será mayor en animales faunados.

Los hongos anaerobios son el grupo más recientemente descubierto de los microorganismos del rumen (Hoover y Miller, 1991). Estos poseen gran habilidad para colonizar paredes celulares lignificadas y debilitar los tejidos fibrosos de las plantas en el rumen (Akin y Borneman, 1990; Akin et al., 1990) así como la degradación de los componentes estructurales de la pared celular de las mismas (Wubah et al., 1993; Park et al., 2000) y la fermentación de los monosacáridos resultantes (fructosa, glucosa, xilosa).

Por esta característica de utilizar sustratos que son menos accesibles a otros microorganismos del rumen, es que los hongos tienen un rol estratégico en la digestión de alimentos fibrosos (Phillips y Gordon, 1995) y son tan importantes en la digestión de forrajes de baja calidad (Ho y Barr, 1995; Gordon et al., 2001).

Además de las funciones digestivas, los microorganismos del rumen sintetizan aminoácidos y vitaminas (especialmente vitaminas del complejo B y vitamina K), siendo la principal fuente de esos factores de crecimiento, esenciales para el animal (Hungate, 1988; Montalbetti, 2004). También algunas bacterias degradan componentes tóxicos de la dieta como los aminoácidos mimosina y sus derivados, componentes del forraje de Leucaena, fenoles vegetales como la cumarina (1,2 benzopirona), la canavanina, análoga a la arginina, componente de la leguminosa Canavalia ensiformis, que inhibe algunas bacterias del rumen, pero es hidrolizada por otras (Montalbetti, 2004).

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