Microorganismos no Rúmen: bactérias e fungos Prof. Raul Franzolin Neto FZEA/USP Campus de Pirassununga

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1 1 Microorganismos no Rúmen: bactérias e fungos Prof. Raul Franzolin Neto FZEA/USP Campus de Pirassununga

2 Importância 2 Biologia e ecologia da população microbiana é muito semelhante entre as espécies de ruminantes e entre o rúmen e intestinos. Algumas espécies de ruminantes podem ter específicos microrganismos (bactérias e protozoários) Adaptação e especificação dependem mais da dieta e da taxa de passagem do digesta que da espécie de animal hospedeiro (ruminantes e nãoruminantes)

3 Ecossistema Ruminal 5 Microrganismos ruminais: compreendem três grupos específicos: bactérias (flora), protozoários (fauna) e fungos. Dinâmica (movimentação da digesta) Concentração de amônia, ácidos graxos voláteis e gases (metano e dióxido de carbono) Processo de Ruminação

4 6 Rúmen: um sistema quimiostático 1. Sistema quimiostático: sistema mantido estável enquanto entra e sai materiais constantemente. 2. A nutrição do animal hospedeiro ruminante ocorre: a) nutrientes digeridos; b) nutrientes que são absorvidos pela corrente sanguínea; c) microrganismos digeridos do rúmen (lise) e abomaso. 3. Introdução e renovação de microrganismos: a) introdução simplesmente envolve o crescimento de novos microrganismos. b) renovação ocorre por predação e contínua diluição das células.

5 7 Tempo de geração microbiana 4. Crescimento de microrganismos muito lento: células que crescem lentamente não podem ser mantidas com a predação e diluição. São eliminadas por competição pelos tipos de microrganismos de crescimento rápido. Sobrevivência no rúmen depende attachment de partículas sólidas bactérias celulolíticas 5. Crescimento de microrganismos muito rápido: para qualquer microrganismo, a taxa máxima de crescimento pode ser obtida caso seu nutriente LIMITANTE seja adequadamente suprido.

6 8 Microrganismos no rúmen Bactérias e Archaea Fungos Protozoários

7 9 Microrganismos Ruminais O rúmen contém uma das mais variáveis e densas populações de microrganismos conhecida na natureza Mantém relação simbiótica com o hospedeiro A maioria são anaeróbicos estritos Há uma pequena população de bactérias anaeróbicas facultativas, que não somente tolera pequenas concentrações de O 2 como também pode utilizá-lo no seu metabolismo

8 10 Microrganismos Ruminais 1. Fase Líquida utilizam carboidratos solúveis e proteína (25% da massa microbiana total) 2. Fase sólida utilizam de polissacarídeos insolúveis (fibra, amido) e proteínas menos solúveis (70% da massa microbiana) 3. Microrganismos unidos a células epiteliais do rúmen ou a protozoários (5% da massa microbiana)

9 Microrganismos Ruminais 11

10 Microrganismos no rúmen 12 Pequenas bactérias corresponde cerca da metade da biomassa e são responsáveis por maior parte da atividade metabólica no rúmen Grandes microrganismos selenomonas, oscilospiras, protozoários ciliados, flagelados e fungos

11 Bactérias 13 Concentração: células/ml (flora) Classificação: Existem vários tipos 1. Quanto da forma: cocos, bastonetes, espiroquetas, etc. 2. Quanto ao tipo de substrato fementado: (1) Celulolíticas cerca de 10 8 /ml Bacteroides succinogenes cerca de 8% do total Clostridium lochheadii Ruminococcus albus - Gram Butyrivibrio fibrisolvens Clostridium lochheadii

12 (2) Amilolíticas Bactérias Streptococcus bovis cerca de 10 7 /ml Bacteroides amylophilus (3) Hemicelulolíticas (4) Fermentadoras de açúcar (5) Utilizadoras de ácidos (6) Utilizadoras de pectina (7) Proteolíticas (8) Lipolíticas 14

13 (7) Proteolíticas Bactérias 15 Clostridium sp. produtores de NH 3 Peptostreptococus sp. produtores de NH 3 (8) Lipolíticas

14 16 Bactérias 3. Quanto ao produto final produzido: Archaea metanogênicas são as mais sensíveis à alteração no ambiente ruminal Bactérias produtoras de amônia 4. Outra classificação é baseada sobre a fonte de energia e N

15 17 Fungos Concentração: zoósporos/ml Fungos aeróbicos e leveduras são constituintes da massa microbiana normal no rúmen, mas a maioria das espécies são transientes, não-funcionais, entrando com os alimentos Há fungos estritamente anaeróbicos que produzem uma ampla variedade de enzimas que podem digerir os carboidratos complexos da parede celular das plantas (celulose e lignina) Há grupo parasita de protozoários e outro que é saprófita dos tecidos de plantas

16 18 Biologia molecular Técnicas de biologia molecular baseadas na comparações das sequências de ácidos nucléicos (DNA e RNA) são usadas para caracterização molecular e ao mesmo tempo fornecer esquema de classificação que permita predizer as relações natural evolucionárias dos microrganismos do rúmen. Resposta a questão mais complexa na ecologia microbiana ruminal: o exato papel ou função que um específico organismo desempenha em seu ambiente e sua quantitativa contribuição ao todo.

17 19 ph e Microrganismos no Rúmen Há dois grupos básicos de bactérias que desenvolvem-se em vários phs: Digestoras de fibras são mais ativas em ph variando de 6,2 a 6,8. Bactérias celulolíticas e archaea metanogênicas podem ser reduzidas com ph abaixo de 6,0. Digestoras de amido preferem um ambiente mais ácido, em ph entre 5,2 a 6,0.

18 20 ph e Microrganismos no Rúmen Certas espécies de protozoários podem ser eliminadas em ph abaixo de 5,5 Para acomodar todas essas necessidades, práticas de alimentação devem manter o ph no rúmen variando entre 5,8 a 6,8

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20 23 Digestão de fibra de celulose no rúmen A. Adesão de bactéria Fibrobacter succinogenes B. celulose parcialmente digerida detached C. Atividade celulolítica por fungos D. Incubação sem adesão (Não há digestão da Celulose) Fonte: CHENG et al. 1991

21 24 Digestão do amido no rúmen A. Adesão de bactéria em granulos de amido de cevada B. Reduzido ataque bacteriano em proteína de grão cevada tratado com formol C. Extensa colonização D. Ausência de colonização Fonte: CHENG et al., 1991

22 25 Colonização de fungos em partícula de alfafa no rúmen Fonte: FONTY e JOBLIN, 1991