La simbiótica relación entre rumiante y microorganismos

Emilio M. Ungerfeld, MSc, PhD Investigador Nutrición de Rumiantes, INIA Carillanca emilio.ungerfeld@inia.cl

Las características especiales del aparato digestivo de los rumiantes los hicieron atractivos para su domesticación, la cual comenzó hace alrededor de 10 mil años en el Cercano Oriente.
Hoy en día, dentro de las casi 200 especies de rumiantes existentes en el mundo, las vacas, ovejas y cabras, representan el 95% de las especies domesticadas.
Los rumiantes se destacan por transformar forrajes toscos y subproductos agrícolas e industriales en alimentos, mediante la acción de microorganismos especializados.
Son animales que “rumian”, es decir que regurgitan y re-mastican su alimento, y se caracterizan por poseer un órgano anterior al estómago llamado “rumen”, en donde ocurre su característica digestión microbiana.
Los rumiantes son particularmente útiles para convertir recursos renovables como pasturas y subproductos agrícolas e industriales en alimentos para seres humanos.
En el mundo existen grandes extensiones de tierras muy pobres o erosionables para la producción agrícola, pero aptas para la producción de rumiantes.
El estudio de la bioquímica y microbiología del rumen es clave para lograr una producción de rumiantes eficiente y amigable con el ambiente, así como para mejorar la calidad nutricional de alimentos tan importantes en la nutrición humana, como son la carne y leche.
El aparato
digestivo del rumiante
Existe el concepto erróneo de que los rumiantes son animales que poseen varios estómagos. En realidad, los rumiantes poseen un solo estómago verdadero. Este es un órgano llamado “abomaso” donde al igual que en otros mamíferos se secretan enzimas digestivas y ácido clorhídrico. Lo que diferencia al aparato digestivo de los rumiantes es la presencia de tres órganos anteriores al estómago verdadero.
El rumen es el mayor y es una especie de gigantesca cuba de fermentación microbiana carente de oxígeno, pudiendo alcanzar los 100 litros en una vaca adulta y los 5 litros en una oveja.
Por la pared del rumen son absorbidos ácidos orgánicos producto de la fermentación microbiana que tienen un rol fundamental en la nutrición del rumiante. A través de la pared del rumen también se absorbe amonio proveniente de la digestión de proteínas y otras fuentes de nitrógeno.
El “retículo” o “redecilla” es una pequeña cámara adosada al rumen que selecciona partículas de material en proceso de digestión en el rumen para su pasaje a la siguiente cámara, el “omaso” o “libro”, que tiene funciones de absorción de agua, minerales, y ácidos orgánicos. Luego del omaso viene el “abomaso” o “cuajar”, que es el estómago verdadero. A continuación vienen el intestino delgado, el intestino grueso, recto y ano.

rumiante y los
microorganismos
La presencia de microorganismos en el rumen confiere a los rumiantes características nutricionales especiales.
Así, la relación entre el rumiante y sus microorganismos ruminales puede definirse como una “simbiosis”, lo que significa que ambas partes se benefician.
El rumiante se beneficia porque puede digerir fibra, utilizar fuentes de nitrógeno no proteico, y vitaminas del grupo B sintetizadas por los microorganismos.
Los microorganismos del rumen poseen las enzimas necesarias para digerir la fibra y usar amonio para formar proteínas.
A su vez, los microorganismos se benefician porque el rumiante los provee continuamente de sustrato a través de la ingestión de alimento, les proporciona un ambiente sin oxígeno con temperatura y acidez relativamente constante, y también porque sus productos de fermentación son removidos por la pared del rumen.
Los microorganismos del rumen
En el rumen no habita una sola especie o tipo de microorganismo sino una comunidad microbiana compleja, que incluye microorganismos de varios tipos: bacterias, protozoos, hongos, metanógenos y bacteriófagos. En el ecosistema microbiano ruminal ocurren varios tipos de interacciones entre microorganismos, incluyendo predación, parasitismo, simbiosis, competencia, y transferencia de metabolitos.
Las bacterias son los organismos más abundantes y los que llevan a cabo la mayor parte de la actividad digestiva y fermentativa. Existen varios cientos de especies identificadas mediante técnicas moleculares, aunque solamente algunas decenas se han podido cultivar en el laboratorio. Existen bacterias especializadas en digerir diversos sustratos como fibra o almidón. Los protozoos, que se alimentan principalmente de bacterias y de gránulos de almidón, son perjudiciales para la eficiencia de uso de nitrógeno de los rumiantes, así como desde el punto de vista de las emisiones de metano, por asociarse simbióticamente con metanógenos. Sin embargo, los protozoos son por otra parte beneficiosos en que contribuyen a estabilizar el pH, y algunas especies también contribuyen a la digestión de la fibra. Los hongos también ayudan a digerir la fibra.
Los metanógenos cumplen una función importante al remover el hidrógeno que se forma en la fermentación. Sin embargo, el metano formado en el rumen es luego liberado a la atmósfera a través de eructación, donde constituye un potente gas de efecto invernadero, y es además una pérdida de energía para el rumiante.

Investigación en
microbiología ruminal
Existe una creciente demanda mundial por proteínas de origen animal, en particular en las economías emergentes. Del otro lado de la balanza, la producción de alimentos pone cada vez más presión sobre los recursos naturales. El desafío de la investigación en nutrición de rumiantes es encontrar nuevas estrategias de producción que permitan satisfacer la demanda creciente por proteína animal minimizando el impacto sobre los recursos naturales.
Entender mejor los procesos bioquímicos y microbiológicos que ocurren en el rumen nos permite diseñar estrategias de investigación aplicada dirigidas a mejorar la eficiencia y sustentabilidad de la producción de rumiantes, así como de la calidad nutricional de carne y leche. Por ejemplo, en el rumen de una vaca lechera se producen alrededor de 500 litros de metano por día, que el animal libera a la atmósfera mediante eructación y respiración. Una vez en la atmósfera, el metano constituye un gas de efecto invernadero que contribuye al calentamiento global.
Alrededor del 17% del metano atmosférico proviene de la producción de rumiantes, representando entre un 3 y un 4% del total de emisiones totales de gases de efecto invernadero. Además, las emisiones de metano representan entre el 2 y el 12% de la energía ingerida por los rumiantes domésticos. Debido a estas dos razones, ambiental y productiva, existe interés en disminuir la producción de metano en el rumen.
Varias estrategias están siendo investigadas para disminuir la producción de metano en el rumen. Algunas de éstas tienen un gran potencial para inhibir drásticamente la producción de metano, pero se encuentran aún lejos de la aplicación práctica: vacunas y virus específicos contra metanógenos, selección genética de animales que producen poco metano, y distintos aditivos químicos y microbianos. Recientemente, sin embargo, el compuesto químico 3-nitropropanol ha mostrado resultados promisorios.
La producción de metano por unidad de producto (es decir, por litro de leche o kilo de carne) puede disminuirse en forma moderada a través de técnicas de manejo como el aumento de la productividad, el uso de dietas balanceadas, el consumo de forraje más tierno, suplementación con semillas de oleaginosas, uso de forrajeras con compuestos secundarios como taninos y saponinas, y antibióticos ionóforos, como la monensina.
Entender cómo ocurre la fermentación en el rumen nos ayuda a diseñar estrategias para controlar la producción de metano y mejorar la eficiencia y sustentabilidad de la producción de rumiantes.