AULA: MICROBIOLOGIA DO RÚMEN. Prof. André Gustavo Leão

Transcrição

1 Asunción - 15/07/13 DISCIPLINA: FISIOLOGIA DA DIGESTÃO AULA: MICROBIOLOGIA DO RÚMEN Prof. André Gustavo Leão Pós-Doutorando em Zootecnia Dourados - MS 29/08/13

2 INTRODUÇÃO FISIOLOGIA DA DIGESTÃO DE RUMINANTES MICROBIOLOGIA DO RÚMEN

3 INTRODUÇÃO Sucesso dos ruminantes no processo evolutivo atribuído à existência de uma relação simbiótica do hospedeiro com os microorganismos ruminais KOZLOSKI (2009)

4 COMO?

5 INTRODUÇÃO Animal = alimento + ambiente Relação benéfica recíproca AGVs PTN microbiana Crescimento dos microorganismos

6 DÚVIDAS?

7 CONSIDERAÇÕES... 1ª) Mamíferos não possuem enzimas capazes de digerir as fibras dos alimentos, as quais podem ser fermentadas por várias espécies de bactérias ruminais. 2ª) Celulose e outros polissacarídeos (hemicelulose e pectina), presentes na parede celular de vegetais, representam a > fonte potencial de energia para os animais herbívoros. 3ª) Microorganismos ruminais podem utilizar formas de nitrogênio não protéico (uréia, sais de amônia, etc) para síntese de suas proteína, as quais serão posteriormente digeridas e metabolizadas pelo animal.

8 CONSIDERAÇÕES... 4ª) Nos ruminantes os alimentos ingeridos ficam sujeitos a um processo fermentativo nos pré-estômagos antes de alcançarem o abomaso e o intestino delgado. Açúcares e proteínas solúveis = + rápido e total/ te fermentados; Amido = quase sempre é fermentado rapidamente; Proteínas da parede celular = fermentadas lentamente e outras passam intactas para o intestino; Celulose e hemicelulose = frações dos alimentos + lentamente fermentadas.

9 CONSIDERAÇÕES... Seca = pastos (-7% PB) deficiência de PDR crescimento microbiano fermentação adequada +

10 COMO É O AMBIENTE RUMINAL?

11 O AMBIENTE RUMINAL Ambiente favorável ao desenvolvimento microbiano: - Meio anaeróbico (baixa concentração de O 2 ); - Temperatura (38-41ºC, média de 39ºC); - ph (5,5-7,0) permanece relativamente constante; - bactérias celulolíticas e protozoários (ph 6,2 ou + alto) - bactérias aminolíticas (ph + ácido, em torno de 5,8) - Presença permanente de substrato e atividade fermentativa.

12 DIVERSIDADE DA MICROBIOTA RUMINAL - Habitam o rúmen grande nº de espécies de microrganismos ativos: bactérias, protozoários e fungos; - Espécie é considerada parte da microbiota ruminal ao: - apresentar capacidade de efetivo crescimento no rúmen; - ser anaeróbica; - produzir subproduto(s) encontrado(s) no rúmen; Metabolismo compatível com as reações que ocorrem no ambiente ruminal normal - Mesmo uma parcela menor da população ruminal pode ser muito importante, se exercer um impacto ecológico sobre outra.

13 BACTÉRIAS Tamanho = 1 a 5 µm Concentração = /g de ingesta Diversidade = > (nº de espécies e capacidade metabólica) Bactérias ( 50% da biomassa microbiana do rúmen)

14 BACTÉRIAS ARCURI et al. (2006) Bactérias celulolíticas ou fibrolíticas (Gram-positivas) Associam-se às fibras dos alimentos e degradam componentes da parede celular dos vegetais (celulose e hemicelulose);

15 BACTÉRIAS Bactérias amilolíticas e pectinolíticas (Gram-negativas) Associam-se às partículas de grãos de cereais ou grânulos de amido e degradam os carboidratos de natureza não-estrutural (amido e outros tipos de carboidratos solúveis);

16 BACTÉRIAS Continuação Bactérias proteolíticas (aminolíticas) A maior parte das espécies bacterianas ruminais degrada proteínas, mas muitas são incapazes de crescer, tendo aminoácidos como único substrato.

17 BACTÉRIAS Continuação Gram-positivas Metano Anaeróbios facultativos Associam-se principalmente à parede do rúmen. Digerem células epiteliais mortas e apresentam importante atividade ureolítica, num ambiente situado na interface entre o tecido bem oxigenado e o conteúdo ruminal anaeróbio.

18 BACTÉRIAS Bactérias anaeróbias facultativas aderidas às células do epitélio ruminal

19 BACTÉRIAS 17% EM

20 DÚVIDAS?

21 PROTOZOÁRIOS Tamanho = 20 a 200 µm Concentração = /g de ingesta Espécies = Entodinium, Diplodinium, Epidinium, Isotricha, Dasytricha, etc. Protozoários ( 40% da biomassa microbiana do rúmen) Obs.: Alguns protozoários são celulolíticos, mas os principais substratos utilizados pela fauna ruminal como fonte de energia são os açúcares e amidos.

22 FUNGOS Fungos = animais alimentados com dietas fibrosas; Quantidade = 8% da biomassa microbiana do rúmen; Espécies = Neocallismastix frontallis, Sphaeromonas communis, Piromonas communis, etc. Obs.: Existem evidências de que os fungos degradam os carboidratos estruturais e são capazes de atacar os tecidos vasculares lignificados.

23 FUNGOS

24 DÚVIDAS?

25 ESTABELECIMENTO DOS MICRORGANISMOS NO RÚMEN Desenvolvimento do rúmen como câmara de fermentação (Efeito dieta)

26 MAS COMO SE ESTABELECEM: BACTÉRIAS, PROTOZOÁRIOS E FUNGOS?

27 ESTABELECIMENTO DOS MICRORGANISMOS NO RÚMEN Bactérias: - colonização + rápida dentre as populações ruminais; - podem ser transportadas por meio de aerosóis; - contato com animais adultos - tipo de dieta. Protozoários: - saliva é a principal fonte de protozoários; - contato com animal faunado (principal via de transmissão); Fungos: - contato com animais adultos; - via saliva; - pelo ar (microgotículas do aerossol de vapor (expiração); - ingeridos juntos com alimentos contaminados.

28 EXIGÊNCIAS DOS MICRORGANISMOS PARA SEU ADEQUADO CRESCIMENTO Bactérias: - > parte dos requerimentos é comum para muitas espécies; - diferentes espécies apresentam afinidade específica para diferentes frações dos carboidratos dietéticos ou substratos intermediários da fermentação ruminal (Tabela 1); Protozoários: - requerimento nutricional pouco estudado; - muito semelhantes aos de bactérias; Fungos: - crescimento estimulado por aminoácidos, AGVs, etc; - germinação dos zoosporos estimulada por ácido acético e carboidraos fermentáveis.

29 DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DOS MICRORGANISMOS NO RÚMEN Microbiota dividida em populações: População do líquido ruminal (25%) - colonizam alimentos recém-ingeridos ou superfícies recém expostas, o que lhes atribui grande atividade metabólica; - zoósporos recém-liberados de esporângios (até que haja a adesão a uma partícula de alimento). Microrganismos aderentes à fração sólida da digesta (75%); - degradam alimentos fibrosos (maioria celulolíticas); - protozoários ciliados (estratégia de sobrevivência: tempo de geração > à taxa de passagem da fase líquida) População ligada à parede do rúmen.

30 DÚVIDAS?

31 INTERAÇÕES ENTRE POPULAÇÕES DA MICROBIOTA RUMINAL Predação: - característica de protozoários; - reduz a biomassa bacteriana livre no conteúdo ruminal; - aumenta a perda de N pelo hospedeiro; - reduz o fluxo de proteína microbiana para o ID (tanto pela redução da população bacteriana, quanto pela retenção dos protozoários do rúmen); Obs.: Bom ou ruim? - predação das bactérias pode reduzir a taxa de colonização das partículas do alimento ingerido e consequentemente, a taxa de degradação da fibra.

32 INTERAÇÕES ENTRE POPULAÇÕES DA MICROBIOTA RUMINAL Competição: - populações de bactérias ruminais específicas e fungos; - bactérias controlando a população de fungos; - interações entre fungos ruminais e bactérias fibrolíticas são complexas e não necessariamente antagônicas. Mutualismo: - entre bactérias que degradam carboidratos e metanogênicas; - entre fungos e protozoários;

33 INTERAÇÕES ENTRE POPULAÇÕES DA MICROBIOTA RUMINAL ARCURI et al. (2006)

34 DÚVIDAS?

35 EFEITOS DA DIETA NA MANUTENÇÃO E NA ESTABILIDADE DA MICROBIOTA RUMINAL Microbiota ruminal (estabelecida plenamente) Fatores desenvolvimento e estabilidade Composição da dieta = + comum e + importante (estabilidade) Frequência de fornecimento da dieta Quantidade e forma que o alimento é fornecido (forragem madura x grãos)

36 EFEITOS DA DIETA NA MANUTENÇÃO E NA ESTABILIDADE DA MICROBIOTA RUMINAL Padrões de variação diária de populações de bactérias Diluição inicial ingresso de alimento fresco, água e volumes >s de saliva Taxa de crescimento concentração de nutrientes crescimento da microbiota < taxa de diluição taxa de crescimento dos microrganismos acréscimo de nutrientes que, excede à taxa de diluição (> volume de água e saliva)

37 EFEITOS DA DIETA NA MANUTENÇÃO E NA ESTABILIDADE DA MICROBIOTA RUMINAL Compostos secundários: substâncias antinutricionais - grande nº de forragens tropicais e grãos; - suplementos protéicos (Ex: farelo de algodão - gossipol) Precursores da lignina - tóxicos para bactérias celulolíticas; Taninos condensados - inibem a digestão de carboidratos; - reduzem digestibilidade da proteína dietética; Saponinas Glicosídeos cianogênicos Aminoácidos modificados (mimosina)

38 DÚVIDAS?

39 ADITIVOS ALIMENTARES Aditivos alimentares - substâncias orgânicas ou inorgânicas (alimentação animal); - fornecidos em pequenas quantidades; - tem funções de preservação ou promoção do crescimento; - Ex: probióticos e ionóforos.

40 ADITIVOS ALIMENTARES Probióticos - substâncias produzidas por organismo que estimulava outro; - efeito indireto e benéfico ao hospedeiro; - visa restabelecer a microbiota natural, e retornar o animal à sua condição normal de crescimento, saúde e nutrição; - alternativa + atraente ao uso de antibióticos ionóforos, por conterem microrganismos vivos ou não (Ex: Lactobacillus sp); - Leveduras (Sacharomyces): cerveja, vinho e pão - aceitos ; - Efeitos: nº de bactérias, especialmente celulolíticas; concentração residual de O 2 do conteúdo ruminal.

41 ADITIVOS ALIMENTARES Ionóforos - antibióticos que deprimem ou inibem seletivamente o crescimento de microrganismos. - Ex: monensina e lasalocida; - bactérias Gram-positivas (fibrolíticas e metanogênicas) + sensíveis do que as Gram-negativas (amilolíticas), por não possuírem estrutura que inibe a dissolução do ionóforo na membrana; Bom ou ruim? Bactérias Gram Negativas = papel > importância na produção de AGVs de melhor aproveitamento pelo animal (ácido propiônico).

42 ADITIVOS ALIMENTARES Bactérias gram-positivas (cujo invólucro celular é composto apenas de parede celular) são + inibidas que as gram-negativas (cujo invólucro celular é formado por parede celular e membrana externa)

43 ADITIVOS ALIMENTARES

44 ADITIVOS ALIMENTARES A ação de ionóforos na fermentação ruminal se observa de várias maneiras: - a produção de CH 4 é reduzida de 30 a 50% por meio de um efeito indireto, ao reduzir a população de bactérias fibrolíticas que liberam hidrogênio; - alteração da taxa de acetato:propianato (A:P), dependendo da dieta. Ex: animais que consomem forragem (taxas A:P de até 4:1), e a monensina pode diminuir essa relação (2,5:1); - redução da degradação de proteína dietética no rúmen, devido à redução da população de bactérias proteolíticas, fermentadoras preferenciais de aminoácidos.

45 ADITIVOS ALIMENTARES REDUÇÃO

46 ADITIVOS ALIMENTARES REDUÇÃO NA PRODUÇÃO DE METANO APROVEITAMENTO DE ENERGIA REDUÇÃO NOS CUSTOS COM ALIMENTAÇÃO

47 ADITIVOS ALIMENTARES

48 ADITIVOS ALIMENTARES

49 CONSIDERAÇÕES...