Manipulación de La Fermentación Ruminal (Libro)

7/23/2019 Manipulación de La Fermentación Ruminal (Libro)

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MANIPULACIÓN DE LA FERMENTACIÓN MICROBIANA RUMINAL

Juana Galindo, Yoandra Marrero, Niurca González y Areadne SosaInstituto de Ciencia Animal, La Habana, Cuba

[email protected]; [email protected]; ngonzá[email protected] [email protected]

CONTENIDO

1. Nota de las autoras2. Introducción3. El rumen. Características Generales del ambiente ruminal4. El rumen como sistema de fermentación continua5. Microorganismos que habitan en el rumen

a) Características generales de las bacterias del rumenb) Características generales de los protozoos del rumenc) Características generales de los hongos del rumen

6. Relación entre los microorganismos del rumen y el animal hospedero7. Requerimientos nutricionales de los microorganismos del rumen8. Factores que afectan la población de microorganismos del rumen9. Fermentación microbiana de nutrientes10. La celulolisis ruminal y los factores que la modifican11. Adaptación de microorganismos a la dieta12. Manipulación de la fermentación ruminal

a) Concepto de manipulación de la fermentación microbiana ruminalb) Sitios probables para manipular la fermentación microbianaruminal

13. Optimización de la fermentación ruminal mediante el manejo de la dietaa) Empleo de aditivosb) Antibióticos ionóforosc) Uso de ácidos orgánicos

14. La defaunación15. Tratamiento del alimento antes del consumo

16. Manipulación genética de los microorganismos16. Uso de microorganismos viables y productos microbiales17. Conclusiones

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Manipulación de la fermentación microbiana ruminal

Juana Galindo, Yoandra Marrero, Niurca González y Areadne SosaInstituto de Ciencia Animal, La Habana, Cuba

[email protected]; [email protected]; ngonzá[email protected] [email protected]

Nota de las autoras

Este libro está dirigido a todas aquéllas personas que se apasionan conintroducirse en el estudio del pequeño mundo que es el rumen. Esperamosque el mismo contribuya a descubrir sus leyes más generales, relacionesecológicas y contradicciones biológicas, así como a extraer del mismo losbeneficios que puede proporcionar al hombre su manipulación consciente.

Igualmente, se destina a los técnicos y profesionales directamente vinculados ala investigación y producción, para los cuales se muestran las experienciasacumuladas a partir de los resultados que se obtuvieron de dos proyectos deinvestigación, y que constituyen herramientas útiles para la toma de decisiones.

Si en alguna medida, Ud. logra éstos propósitos, las autoras nos sentiremossatisfechas.

Introducción

Los rumiantes presentan particularidades distintivas en relación con el resto delos mamíferos, porque el rumen y el retículo, dos de los compartimientos pre-estomacales, se encuentran habitados por una de las más variadas, densas y

activas poblaciones microbianas conocidas en la naturaleza (protozoos,bacterias y hongos), que juegan un papel significativo en la degradación delalimento que consumen los animales (Estrada et al., 1993).

Estos compartimientos no producen enzimas capaces de atacar las uniones 1,4 y 1,6 glucosídicas presentes en la celulosa y otros componentes queconstituyen los carbohidratos estructurales de las paredes celulares de losvegetales, sin embargo contienen el mayor complejo enzimático que seconoce, es el sitio principal de degradación de la celulosa, hemicelulosa ylignina presentes en los materiales fibrosos (Dijkstra y Tamminga, 1995). Laconversión de la celulosa a glucosa requiere de la acción cooperativa

secuencial llevada a cabo por una familia de enzimas celulolíticas constituida,al menos por tres complejos enzimáticos básicos: endoglucanasas
















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(CMCasa:EC), exoglucanasas, nombradas celobiohidrolasas y glucosidasas(Leatherwood, 1965; Li y Forsberg, 1987; Xue et al, 1992, Awafo et al 1996,Valiño 1999 y Galindo, 2004a).

El presente libro tiene como objetivos presentar y discutir los aspectos básicos

de la microbiología del rumen, las características de los microorganismos quehabitan en ese reservorio, así como sus principales interacciones en el procesofermentativo de nutrientes. Se prevé dotar a los estudiantes del tema de lasherramientas necesarias para actuar y manipular, con conocimientos, losprocesos fermentativos que se producen en el rumen.

Características generales del ambiente ruminal

El rumen es una gran cámara de fermentación, el que garantiza las condicionesnecesarias para la existencia y reproducción de los microorganismos que lohabitan. Es el reservorio mas voluminoso del aparato digestivo de los rumiantes

y representa del 70-75% del contenido total del tubo digestivo y del 50-60% desu volumen.

En condiciones normales de manejo y alimentación, el contenido ruminal semantiene relativamente constante y se caracteriza por Concentración elevada de agua (85-90%) Temperatura constante (39-40 º C) Potencial de oxidación- reducción que varía entre –250 a –400mV. Este

bajo potencial REDOX garantiza las condiciones de anaerobiosis necesariaspara el desarrollo de los microorganismos.

PH generalmente comprendido entre 6-7, el que es regulado por variosfactores, entre los que se pueden mencionar el aporte de bicarbonatos yfosfatos procedentes de la saliva, la cual posee un pH de 8.3.

Presión osmótica relativamente constante (290-320 mOsmol).



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Aporte regular de nutrientes para los microorganismos y el animalhospedero, procedente de la ingestión de alimentos.

Eliminación continua de productos finales del metabolismo por absorcióndirecta a través de las paredes del rumen o por pasaje hacia las partesbajas del tracto gastro intestinal y por la eructación.

Atmósfera relativamente constante de gases situados al nivel del sacodorsal. La fase gaseosa del rumen se compone principalmente de CO2,CH4, N2, H2S, e H2. La tabla 1 muestra la composición de los gases delrumen

Tabla 1. Composición de la mezcla de gases del rumen, %

Gas % de la mezclaCO2 65.53CH4 26.76N2 7.00O2 0.56H2 0.18H2 S 0.01

El rumen como sistema de fermentación continua

El rumen es un sistema de fermentación continua en el cual están ingresandoconstantemente los alimentos frescos, solución nutritiva y saliva los cuales semezclan con la masa que se encuentra en proceso de fermentación. Al mismotiempo salen por el orificio retículo omasal líquidos, residuos de alimentos,

productos finales de la fermentación y células microbianas en cantidadessimilares a las que ingresan. El volumen en fermentación se mantieneconstante.

Esquema del rumen



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Microorganismos que habitan en el rumen

El rumen normal de un rumiante adulto contiene una de las más variadas,

densas y activas poblaciones microbianas conocidas en la naturaleza, la cuales responsable de la degradación de los principios nutritivos, al mismo tiempoque sintetizan proteínas, vitaminas y otros metabolitos útiles en la nutrición delanimal hospedero.

La población microbiana ruminal se encuentra integrada por bacterias,protozoos, hongos, bacteriófagos y ocasionalmente, levaduras. Estosmantienen estrechas interrelaciones entre sí, tanto sinérgicas comomutualistas

Características Generales de las bacterias del rumen

1. Forma y Representación de las bacterias del rumen

Las bacterias constituyen la mayor y más diversa población microbiana queestá presente en el rumen. El número total de bacterias del contenido delrumen, bajo condiciones normales de alimentación, es aproximadamente 109-1010 ufc/ml. Se encuentran representadas por tipos morfológicamente variados:cocos, bacilos, vibrios, espirilos, espiroquetas, rosetas ovales y tetracocos.

La forma y tamaño de las bacterias del rumen puede variar considerablementeen cultivos simples o en grupo de cepas, incluso si se observa en condicionesestrictamente uniformes, como en los trabajos con cultivos puros.

Las bacterias del rumen son pleomórficas. Su tamaño oscila entre 0.1- 1 dediámetro y 1-3 de largo

Las bacterias consiguen un ecosistema constante y permiten a los rumiantes elconsumo de nutrientes inasequibles para otros animales. Por otra parte,también se establecen relaciones mutualistas entre los microorganismos delecosistema ruminal. La mayoría de los microorganismos del rumen,específicamente las bacterias tienen relaciones de sinergismo, mutualismo osimbiosis. En la tabla 2 se presentan las relaciones que se establecen entre los

microorganismos en el rumen.

Tabla 2. Relaciones ecológicas entre microorganismos del rumen

nombre Individuo 1º Individuo 2º

Neutralismo 0 0

Comensalismo + 0

Sinergismo + +

Mutualismo o simbiosis + +



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Parasitismo + -

Depredación + -

Grupos fisiológicos de bacterias del rumen

En dependencia de los sustratos que las bacterias pueden utilizar o fermentar,estas se han agrupado en: celulolíticas, hemicelulolíticas, amilolíticas,proteolíticas, fermentadoras de azúcares, bacterias que utilizan los ácidos,metanogénicas, lipolíticas, pectinolíticas, bacterias que sintetizan vitaminas,bacterias que utilizan aminoácidos como fuente de energía, y otras.

Bacterias celulolíticas

Son las bacterias que producen el complejo de enzimas celulasas, quehidroliza la celulosa nativa u original. También pueden utilizar la celobiosa,disacárido que contiene el enlace beta. Gran número de bacterias celulolíticasson, también, hemicelulolíticas. Entre ellas se pueden citar Fibrobactersuccinógenes, Butyrivibrio fibrisolvens, Clostridium lochheadii, Ruminococcusalbus y Ruminococcus Flavefaciens.

Bacterias hemicelulolíticas

Son capaces de hidrolizar la hemicelulosa. Este compuesto se diferencia de la

celulosa por contener pentosas, además de hexosas entre los azúcares queforman la molécula. Existen bacterias hemicelulolíticas que no son capaces deutilizar la celulosa. Butyrivibrio fibrisolvens, Ruminococcus flavefaciens,Ruminococcus albus, Bacteroides ruminícola, Lachnospira multiparus,Eubacterium ruminantium y Prevotella ruminícola.

Bacterias pectinolíticas

Son bacterias capaces de fermentar la pectina. Algunos grupos de bacteriascelulolíticas como Butyrivibrio fibrisolvens y Fibrobacter succinógenes, son

también capaces de atacar la pectina. Otros grupos microbianos que intervieneen el proceso son: Treponema saccharophilum, Prevotella ruminícola,Lachnospira multiparus y Succinivibrio dextrinosolvens

Bacterias amilolíticas

En éste grupo se incluyen aquéllas bacterias que hidrolizan y digieren elalmidón. Algunas bacterias amilolíticas son, también, celulolíticas, como porejemplo Clostridium lockheadii , algunas cepas de Fibrobacter succinógenes, yButyrivibrio fibrisolvens. Algunas especies no celulolíticas que digieren el

almidón incluyen Streptococcus bovis, Bacteroides ruminicola, Succinomonasamylolytica, Bacteroides amylophilus, Espiroquetas del género Treponema, y



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Peptostreptococcus elsdenii. Muchas cepas de Selenomonas ruminantium también digieren el almidón, así como Succinivibrio dextrinosolvens. Lapoblación de bacterias amilolíticas se incrementa considerablemente cuandola dieta es a base de almidones.

Bacterias proteolíticas

Bacterias que hidrolizan las proteínas y las utilizan como fuente primaria deenergía. Muchas cepas de bacterias que fermentan la celulosa, hemicelulosa yel almidón, son también proteolíticas. Entre las bacterias proteolíticas másactivas se encuentran: Ruminobacter amylophilus, Clostridium sporogenes,Bacillus licheniformis, Prevotella ruminícola, Selenomonas ruminantium,Butyrivibrio fibrisolvens, Butyrivibrio alactacidigens y Streptococcus bovis

Bacterias sacarolíticas

Bajo este concepto se agrupan las bacterias que utilizan los azúcares, mono ydisacáridos. Muchas especies de bacterias celulolíticas, hemicelulolíticas,amilolíticas, proteolíticas, y otras, también son capaces de fermentar losazúcares.

Bacterias lipolíticas

Son las bacterias capaces de utilizar e hidrolizar el glicerol en la molécula degrasa. También se encuentran en éste grupo los organismos que hidrogenanlos ácidos grasos no saturados y los que metabolizan los ácidos grasos de

cadena larga a cuerpos cetónicos.

Bacterias metanogénicas

Las bacterias metanogénicas forman parte del dominio de las Arqueobacterias,que incluye tres tipos de bacterias: metanogénicas, las que producen metano;halófilas extremas, las que viven en medios salinos extremos, ytermoacidófilas, las que subsisten en ambientes calientes y ácidos. De los trestipos las que predominan son las metanogénicas y han sido estudiadas por ungran número de autores (Anon 2004).

Los metanógenos son quizás los organismos anaeróbicos más estrictos,requiriendo no solo condiciones libres de oxígeno, necesitan también unpotencial redox menor que –330mM. La mayoría tiene tiempos de duplicaciónque va desde varias horas a varios días. Estos factores imposibilitaron elestudio de metanógenos en cultivos puros hasta mediados de la década del 70,cuando el desarrollo de técnicas anaeróbicas perfeccionadas y cámaras deanaerobiosis seguras, simplificaron el crecimiento, aislamiento y manipulaciónde las bacterias metanogénicas. Otro impedimento para su estudio fue su débilcrecimiento. El estudio de su nutrición, especialmente sus altos requerimientode níquel, permitió el crecimiento suficiente para realizar estudios bioquímicos

que demostraron vías metabólicas completamente nuevas (Sowers 1995).



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Estas bacterias poseen las características bioquímicas y genéticas propias delas Archaebacterias (Fox et al. 1980, Anon 2004). Por ejemplo:

- No poseen paredes celulares con peptidoglicanos- Poseen lípidos de membrana diferentes tanto de las eubacterias como de

los eucariontes (incluyendo enlaces éter en lugar de enlaces éster).- Presentan secuencias únicas en ARNr 16S

Los metanógenos poseen coenzimas que son comunes en otras bacterias,incluyendo vitamina B12, sin embargo, un aspecto especial de estosmicroorganismos es la presencia en ellos de un grupo de coenzimas que sonúnicas o de limitada distribución (Stewart y Bryant 1988 y Mackie et al. 1992).El centro del proceso de metanogénesis es la coenzima M, un transportador degrupos metilo, único en metanógenos, que es el precursor inmediato demetano. La coenzima F420, sirve en Methanobrevibacter ruminantium y otrosmetanógenos, como un transportador de electrones, que funciona en lugar de

la ferredoxina. Además de actuar como cofactor de la hidrogenasa, es cofactorde la formiato deshidrogenasa y NADP reductasa (Tzeng et al . 1975a), por estoel hidrógeno y el formiato son fuentes equivalentes de electrones para estasbacterias (Tzeng et al . 1975b). Inicialmente la CoF420 fue descubierta enmetanógenos, posteriormente se encontró en algunos actinomicetos ynocardioformas (Jones et al. 1987) En Methanosarcina barkeri , la coenzimaF420, está presente en cantidades comparativamente pequeñas, y la ferredoxinasirve como transportador de electrones (Jones et al . 1987). Otros cofactoresinusuales son una nueva pteridina, metanopterina, que funciona como untransportador de grupos C1; y un nuevo cofactor Ni-tetrapirrol, F430 que es ungrupo prostético de la metil CoM reductasa (Mackie et al. 1992).

A pesar de compartir éstas y otras características comunes, las bacteriasmetanogénicas muestran diversidad en cuanto a sus característicasmorfológicas, fisiológicas y bioquímicas. En ellas están representadas todas lasformas y morfológicas básicas como cocos, bacilos y espirilos, tanto en formasindividuales o agrupadas como el caso de las sarcinas. La composición debases del ADN (% GC) es otra característica que varía ampliamente. Loslípidos de membrana también son diversos en estructura y composición. Lapared celular es otra estructura que difiere en las diferentes especies y seclasifica en tres clases (Pseudomureica, proteica o glicoproteica) de acuerdo al

principal componente de esta (Mackie et al. 1992).Los requerimientos nutricionales de los metanógenos son simples y la mayoríade las especies pueden vivir quimiolitotróficamente en medios con salesminerales que contengan CO2 como fuente de carbono y H2 como fuente deenergía. El amonio es la principal fuente de nitrógeno para estas bacterias,mientras que el azufre es suministrado por sulfito o cisteína. El crecimiento deespecies autótrofas se estimula por la adición de compuestos orgánicos comoacetato, cisteína, vitaminas del complejo B, líquido de rumen o extracto delevadura. Las bacterias metanogénicas requieren además, sodio, níquel, hierro,cobalto, molibdemo y otros elementos traza. Las condiciones redox se obtienen

por la adición de sulfitos, cisteína o una combinación de ambos. Estosmicroorganismos se encuentran a pH moderados, con un óptimo entre 6 y 8. El



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rango de temperatura para este grupo es amplio, con un óptimo de 35 a 40°Cpara las especies mesófilas y 60°C para las termófilas. Actualmente estasbacterias se mantienen, en condiciones adecuadas, en varios laboratorios delmundo y se utilizan en las investigaciones sobre sus procesos metabólicos(Mackie et al . 1992).

La clasificación de las bacterias metanogénicas se basa en la estructura del ARNr 16S. Aunque en los diferentes hábitats anaeróbios, se han identificadoalrededor de 70 especies de microorganismos metanogénicos pertenecientes a21 géneros, solo 7 especies han sido aisladas del rumen (tabla 1.) (Jarvis et al. 2000, Tajima et al . 2001, Whitford et al. 2001).

Las bacterias metanogénicas encontradas en el rumen son las siguientes:Methanobacterium formicicum bryantii; Methanobrevibacter ruminantium smithii;Methanomicrobium mobile; Methanosarcina barkeri y Methanoculleusolentangyi

Bacterias acetogénicas

Las bacterias acetogénicas son capaces de producir ácido acético a partir delH2 que se encuentra disponible en el líquido ruminal como resultado de lafermentación de los materiales fibrosos. La reacción mediante la cual éstegrupo ejerce su acción es: 4H2 + 2 CO2 CH3 COOH + 2 H2 O. Las bacteriasmás representativas son Acetitomaculum ruminis y Ruminococcus schinkii

Bacterias que utilizan los ácidos

A este grupo pertenecen las bacterias que utilizan diferentes ácidos orgánicos,como: láctico, succínico, málico, fumárico, oxálico. De forma general, estosácidos no se producen en grandes cantidades en el rumen, aunque suconcentración se encuentra relacionada, fundamentalmente con la dieta quereciben los animales.

Bacterias que utilizan aminoácidos como fuente de energía

Agrupa a las bacterias que son incapaces de utilizar otra fuente de energíadiferente a los aminoácidos. Generalmente se incluyen dentro de las bacterias

proteolíticas.

En las tablas 3 y 4 se muestran las características morfológicas yfermentativas de algunas de las más importantes especies de bacterias delrumen. Como se observa, una misma bacteria es capaz de fermentardiferentes sustratos, aspecto éste que hace muy complejo el rumen comosistema ecológico.

Tabla 3. Características morfológicas y fermentativas de algunas

bacterias del rumen



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Organismo Morfología Productos defermentación

Sustrato

Fibrobacter succinogenes Bacilo Succinato, acetato,formiato

Celulosa

Butyrivibrio fibrisolvens Bacilocurvado

Acetato, formiato, lactato,butirato, H2 y CO2

Celulosa

Ruminococcus albus Coco Acetato, formiato, H2 yCO2

Celulosa

Clostridium lochheadii Bacilo(espora)

Acetato, formiato, butiratoH2 y CO2

Celulosa

Ruminococcus Flavefaciens Coco Acetato, succinato y H2 Celulosa

Clostridium polysaccharolyticum

Bacilo(espora)

Acetato, formiato, butiratoy H2

Celulosa yalmidón

Bacteroides ruminicola Bacilo Formiato, acetato ysuccinato

Almidón

Ruminobacter amylophilus Bacilo Formiato, acetato ysuccinato

Almidón

Selenomonas ruminantium Bacilocurvado

Acetato, propionato ylactato

Almidón

Succinomas amylolytica Baciloovalado

Acetato, propionato ysuccinato

Almidón

Streptococcus bovis Coco Lactato Almidón

Selenomonas lactilytica Bacilocurvado

Acetato y succinato Lactato

Megasphaera elsdenii Coco Acetato, propionato,butirato, valerato,coproato, H2 y CO2

Lactato

Viellonella párvula Coco Acetato, propionato y H2 Lactato

Lachnospira multiparus Bacilocurvado

Acetato, formiato, lactato,H2 y CO2

Pectina

Anaerovibrio lipolytica Bacilo Acetato, propionato ysuccinato

Lipolitico

Eubacterium ruminantium Bacilo Formiato, butirato, lactosay CO2

Xilano

Lactobacillus ruminis Bacilo Lactosa Azucares



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Lactobacillus vitulinus Bacilo Lactosa Azucares

Methanobrevibacterruminantium

Bacilo CH4 (de H2 + CO2 oformiato)

Metanógenos

Methanomicrobium mobile Bacilo CH4 (de H2 + CO2 oformiato) Metanógenos

Eubacterium oxidoreducens Bacilo Lactosa y H2 Aromáticos

Tabla 4. Algunas especies de bacterias que fermentan principiosnutritivos en el rumen

Celulolíticos Hemicelulolíticos Fibrobacter succinogenes Butyrivibrio fibrisolvensRuminococcus flavefaciens Bacteroides ruminicolaRuminococcus albus Ruminococcus sp.

Butyrivibrio fibrisolvens

Utilizadores de azúcar Utilizadores de ácidos Treponema bryantii Megasphaera elsdenii

Lactobacillus vitulinus Selenomonas ruminantium

Lactobacillus ruminus

Pectinolíticos Utilizadores de lípidos Butyrivibrio fibrisolvens Anaerovibrio lipolytica

Bacteroides ruminicola Butyrivibrio fibrisolvensLachnospira multiparus Treponema bryantiiSuccinivibrio dextrinosolvens Eubacterium sp.

Treponema bryantii Fusocillus sp.

Streptococcus bovis Micrococcus sp.

Amilolíticos Proteolíticos Bacteroides amylophilus Bacteroides amyliphylus

Bacteroides ruminicola Bacteroides ruminicolaStreptococcus bovis Butyrivibrio fibrisolvens

Succinimonas amylolytica Streptococcus bovis

Productores de amoniaco Productores de metano Bacteroides ruminicola Methanobrevibacter ruminantium

Selenomonas ruminantium Methanobacterium formicicum

Megasphaera elsdenii Methanomicrobium mobile

Ureolíticos Succinivibrio dextrinosolvens

Bacteroides ruminicola

Selenomonas sp.

Ruminococcus bromii

Butyrivibrio sp.

Treponema sp.



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Fotos de algunas de las bacterias del rumen (extraído de Kaufmann)

Rosetas Rosetas y Selenomonas

Cocos Sarcinas

Características Generales de los protozoos del rumen

Los protozoos fueron los primeros organismos que se descubrieron en elrumen, debido, fundamentalmente a su tamaño relativamente grande. Sutamaño oscila entre 38-195 micras de largo por 15-109 micras de ancho. Deigual forma que las bacterias, requieren una temperatura de 39 a 40 0 C paravivir, ausencia de oxigeno, pH comprendido entre 5.5-8.0, con un rango optimode 6.5-7.3 y un potencial de oxidación - reducción bajo.

La mayoría de los protozoos del rumen son ciliados (aproximadamente 104 -106 / g de contenido ruminal) y también se encuentran algunos flagelados (Ej.:Trichomonas spp, Monocercomonas. Sp y Chilomastix. Sp) están presentes enbajo número (103 - 104 / g). Aunque la clasificación de los ciliados no estádeterminada, es difícil refutar la existencia de dos grupos ciliados del rumen



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bien separados, los cuales fueron primeramente denominados: Holotricha yEntodiniomorfos

El primer grupo incluye tres especies comunes: Dasytricha ruminantium,Isotricha prostoma, Isotricha intestinalis y algunos otros menos frecuentes. El

segundo grupo contiene numerosos géneros juntos, todos incluidos en lafamilia Ophryoscolecidae (Entodinium, Diplodinium, Ostracodinium,Eudiplodinium, Epidinium, Epiplastron, Opisthotrichum, Ophryoscolex,Elytroplastron, Polyplastron, entre otros ).

Las evidencias experimentales han sugerido que los protozoos pueden afectarla velocidad de crecimiento del animal, la digestibilidad de la ración, la calidad ycantidad de la proteína microbiana disponible en el intestino. Los mayorescambios observados en la ausencia de protozoos del rumen parece ser unincremento en el número de bacterias ruminales y una ligera disminución en ladigestibilidad del rumen

Los estudios comparativos que se han efectuado entre animales faunados ydefaunados han demostrado que los ciliados no solamente contribuyen a losprocesos metabólicos en el rumen sino además sugiere que los protozoos soncapaces de modular las características físicas químicas del ecosistema.También se ha demostrado que la presencia de protozoos influye en elvolumen del rumen, la retención de la digesta, la composición y actividades dela población microbiana presente, las concentraciones y proporciones deproductos finales de la fermentación microbiana y en el pH ruminal.

Los cambios en uno de estos indicadores pueden influir en la función ruminal ycomo consecuencia, la digestión ruminal de proteína dietética y la materiaorgánica y fibra son mayores en animales faunados. Por otro lado, la síntesisde proteína microbiana neta y el flujo de proteína a las partes bajas del tractogastrointestinal se reducen cuando los protozoos están presentes en el rumen.La defaunación ofrece el potencial para mejorar la eficiencia de la ganancia depeso vivo y la producción de leche.

El impacto de la presencia o ausencia de los protozoos ciliados del rumen parael hospedero puede depender de la dieta y del número y especie de ciliadospresentes. En animales alimentados con dietas bajas en proteína los protozoos

ciliados aparentemente tienen un efecto negativo en el crecimiento y en eldesarrollo. Sin embargo, en animales alimentados con dietas ricas en granos,los protozoos ciliados pueden tener un papel beneficioso, debido a su habilidadde influir en la degradación ruminal del almidón y en el metabolismo del ácidoláctico.

La presencia de protozoos ciliados en animales alimentados con dietas engranos está asociada con una disminución de la acumulación y fermentacióndel ácido láctico. Debido a su influencia en la acumulación de lactato ruminal,existe la hipótesis de que los protozoos ciliados juegan un papel importante enla moderación de la fermentación ruminal en rumiantes alimentados con dietas

ricas en grano.



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La defaunación frecuentemente resulta en una disminución en la producción de AGCC. Esto está de acuerdo con resultados obtenidos en la digestión demateria orgánica en el rumen. La desaparición de los protozoos estágeneralmente asociada con una disminución en la proporción de ácido butíricoy la disminución de la concentración de N - NH3 en el rumen.

Los Entodiniomorfos, por el contrario a Holotrichas, metabolizan el ácido lácticoy limitan el riesgo de acidosis causado por el consumo excesivo decarbohidratos de fácil fermentación (almidón, azúcar)

La baja actividad metanogénica que se observa después de la defaunación delrumen, disminuye las pérdidas de energía y se puede considerar beneficiosapara los animales productores de leche o carne que presentan un potencial deproducción alto

Los protozoos pueden transformar las toxinas que están presentes en losalimentos. Los animales defaunados son además sensibles a la toxicidad porcobre. Estos grupos microbianos mejoran la formación de sulfito de cobre queno puede ser absorbido en el tracto digestivo.

Fotos de algunos integrantes de la población de protozoos del rumen (a Galindo, 2004)

Diplodinium spa Dasytricha ruminantiuma

Características Generales de los hongos del rumen

Los hongos anaerobios son el grupo más recientemente reconocido de losmicroorganismos del rumen, ya que primeramente eran incluidos comoprotozoos flagelados.

Con el desarrollo de las investigaciones en microbiología del rumen, así comola inclusión de las técnicas de microscopia electrónica, se pudo demostrar queciertas células flageladas que parecían ser protozoos eran, en efecto,zoosporas de hongos.



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Son organismos anaerobios estrictos que ataca, colonizan y crecen sobrefragmentos fibrosos de las plantas, por lo que son activos microorganismoscelulolíticos. La magnitud de la degradación de la celulosa de los hongos delrumen sobre tiras de papel de filtro es de aproximadamente 60%. Las celulasasextracelulares de los referidos hongos atacan rápidamente los fragmentos de

las plantas en el rumen y a las 2-3 horas ya tienen invadido el tejido vasculardel vegetal. A las 3 horas se detectan en el tejido mesófilo y posteriormente elcrecimiento es mayor con producción de esporangio.

Debido a la forma de crecimiento de los hongos, penetran dentro de los tejidosvegetales hasta zonas que normalmente resultan inaccesibles a las bacterias.Inicialmente todos los hongos anaerobios aislados del rumen fueron de tipomonocéntrico. Existen tres géneros de hongos anaerobios monocéntricos:Caecomyces (Sphaeromonas), Neocallimastix y Piromyces (Piromonas), cadauno de estos géneros contienen numerosas especies.

Los hongos existen en el rumen como zoosporas y esporangios. La creencia deque los hongos anaerobios son de importancia considerable para la nutriciónde rumiantes está basada en la habilidad demostrada para colonizar paredescelulares lignificadas y para debilitar los tejidos fibrosos de las plantas en elrumen, así como en la degradación de los componentes estructurales de lapared celular de las mismas y la fermentación de los monosacáridosresultantes (fructosa, glucosa, xilosa)

Estudios “in vitro” han demostrado que los hongos degradan extensivamente lafibra de las plantas en cultivos puros. Ellos producen un amplio rango deenzimas que degradan la fibra, muchas de las cuales son extracelulares. Loshongos anaerobios poseen endoglucanasas, exoglucanasas (incluyendocelobiohidrolasas) y - glucosidasas las cuales actúan para degradar lacelulosa (el mayor componente de la fibra) eficientemente.

La hemicelulosa, el segundo mayor componente de la fibra, se degrada por - xilanasas y - xilosidasas. La lignina, el tercer componente mayor de la fibra,es atacada por enzimas tales como feruloil y curamoil esterasas que actúanpara separar carbohidratos fermentables de la lignina más que para degradar lalignina extensivamente.

Los hongos también tienen el potencial de contribuir al suministro de proteína alanimal hospedero. Las células de los hongos están compuestas de proteínascon una combinación bien balanceada de aminoácidos las cuales sonaltamente digestibles y disponibles al animal hospedero

Relación entre los microorganismos del rumen y el animal hospedero

El animal rumiante y aquellos microorganismos que viven en su tractodigestivo, particularmente el rumen, son un ejemplo excelente de mutualismo.

El animal provee un nicho ambientalmente favorable, con un suministrocontinuo de alimentos y remoción de productos finales. Por su parte los





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relativas de los tipos de bacterias presentes. Por ejemplo, el número debacterias celulolíticas incrementa en animales faunados mientras que elnúmero de bacterias amilolíticas desciende.

Requerimientos nutricionales de los microorganismos del rumen

Los microorganismos del rumen, como todo organismo vivo, tienenrequerimientos energéticos, proteicos y factores de crecimiento para la síntesisde protoplasma celular. Como fuente de energía, puede ser capaz de utilizaruna gran variedad de carbohidratos, desde azúcares simples como la glucosa yla fructosa, hasta los más complejos como el almidón, la celulosa, pectina yhemicelulosa. Sin embargo, esto no significa que todas las bacterias seancapaces de utilizar todos los carbohidratos, sino que por lo general, cadabacteria tiene sus requerimientos específicos.

Como fuente de nitrógeno, las bacterias son capaces de utilizar desde el

nitrógeno no proteico, pequeños péptidos, aminoácidos y hasta proteínas. Laposibilidad de utilizar fuentes de NNP para la síntesis de proteína microbianaes uno de los aspectos más importantes del metabolismo nitrogenado de losmicroorganismos del rumen.

Muchas bacterias del rumen, fundamentalmente celulolíticas, requierenpreferentemente amoníaco en relación a los aminoácidos o péptidos.

Los principios nutritivos que requieren los microorganismos del rumen sepresentan en la tabla 5.

Tabla 5. Factores nutricionales de los microorganismos del rumen

ENERGIA NITRÓGENO FACTORES DE CRECIMIENTO

Todas las fuentes energéticaspueden ser utilizadas por lasbacterias:

glucosa, fructosa, sacarosa,

xilosa, celobiosa, celulosa,almidón, glicerol, dextrana,lactato, pectina, etc.

proteínas, aminoácidos, péptidos, amoníaco

AGCC: acetato, butirato,isovalérico, metil- butírico,caproico.

Minerales: Mg2+, Ca2+, K+, Na+,PO4, Mn2+, Co, S, Hemina, etc.

Vitaminas: biotina, p-aminobenzoico, tiamina,piridoxina, ácido pantoténico,etc.

Otros: Factores noidentificados



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Entre los aminoácidos que requieren las bacterias del rumen se encuentran losaminoácidos ramificados y los sulfurados, como la tirosina, metionina, y lacisteína. Esto se debe a la imposibilidad de sintetizar la cadena ramificada osulfurada para la síntesis de novo de los aminoácidos.

Otros compuestos requeridos por las bacterias del rumen, se agrupan bajo elnombre genérico de factores de crecimiento. Entre estos se encuentran losácidos grasos de cadena corta, AGCC, algunos minerales, vitaminas delcomplejo B y otros factores no identificados y que se encuentran en el líquidoruminal clarificado.

Los AGCC mas utilizados por las bacterias son el acético y los de cadenaramificada. Estos últimos son el resultado de la fermentación de las propinas ysu importancia en la nutrición microbiana se debe a que las bacterias sintetizansus aminoácidos a partir de estos y el amoniaco.

Los minerales y las vitaminas, principalmente del complejo B, participan comoco- factores enzimáticos en numerosas reacciones catabolizadas por lasenzimas. Se ha demostrado que la inclusión en la ración para rumiantes deproductos microbianos que contengan estas vitaminas, activa el crecimientomicrobiano.

Factores que afectan la población de microorganismos del rumen.

Existen muchos estudios acerca del desarrollo de la mejor población

microbiana ruminal y los factores que controlan su balance. Algunos de estosfactores están ligados a la fisiología de diferentes especies (máxima velocidadde crecimiento, afinidad por el sustrato, energía metabólica, resistencia a pHácidos y compuestos tóxicos, habilidad para adherirse a las partículas de laplanta, etc). Esto depende del hospedero y su alimento (composición de ladieta, frecuencia de comidas, cantidades ingeridas, aditivos del alimento, formaen la cual el alimento es presentado, etc.) y de la naturaleza de las relacionesestablecidas entre las diferentes poblaciones durante la evolución, como lacompetencia, el sinergismo, la predación, el mutualismo, etc.).

Generalmente se acepta que los principales factores que modifican la

población de microorganismos del rumen son:

La dieta y su manipulación Cantidad y frecuencia en el suministro de alimentos Cambios diurnos y estacionales Procesamiento de la dieta Competencia entre protozoos y bacterias Especie animal Edad

Existen otras variables, que pudieran ser factores, las que también influyen enel número y representación de especies microbianas, entre estas tenemos: El









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Figura 1. Efecto de la edad en la población de bacterias viables terneros,días (Fuente Galindo, 2005)

Fermentación microbiana de Nutrientes

Los microorganismo al actuar sobre los nutrientes producen como resultado,producen como resultado de su metabolismo diferentes productos finales, loscuales son muy variados, según la naturaleza de los sustratos y de lasespecies de bacterias y protozoarios presentes. En la tabla 6 se muestran deuna forma esquemática las principales transformaciones que ocurren.

Tabla 6. Fermentación microbiana de nutrientes en diferentes fuentes

FuentesSustratos Productos Finales

Energéticas Carbohidratos de fácil fermentación Carbohidratos estructurales Lípidos

AGCC, ácido láctico y gases AGCC y gasesSaturación de los no saturados,lípidos para la síntesis demembrana celular

Proteicas Proteínas, Péptidos y Aminoácidos AGCC, NH3 y gases

Fermentación de fuentes energéticas

De acuerdo con el sustrato prevaleciente en el alimento, los microorganismos

producirán diferentes cantidades de AGCC y además, variaran susproporciones relativas.

En las dietas que presentan grandes cantidades de almidón, como son losconcentrados energéticos, se observa un pH mas bajo, el cual es consecuenciade un rápido ataque microbiano al almidón, que produce ácido láctico, y AGCC.El ácido láctico, cuando los animales se adaptan previamente, se presenta enpequeñas cantidades debido a que se desarrolla una microflora que es capazde utilizar este ácido en la misma magnitud que se produce.

Si los animales consumen dietas ricas en materiales fibrosos, que contienengrandes cantidades de material estructural, el pH del rumen es mas elevado.



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Estos componentes son atacados por las bacterias celulolíticas máslentamente y la cantidad de ácidos formados, es también inferior. Las dietasricas en azucares como las mieles y el jugo de cana presentan valoresintermedios de pH, así como a la cantidad de ácidos formados. En esta dieta,los carbohidratos que abundan son los monos y disacáridos, los cuales son

también rápidamente fermentados, pero el pH no desciende rápidamente. Estotal vez sea motivado por el hecho de que la formación de ácido láctico no esmuy grande y o que la liberación de amoniaco procedente de la urea neutraliceademás los ácidos formados, conjuntamente en un patrón de consumointermitente.

Consecuentemente, la cantidad de carbohidratos que entran al rumen no esgrande por unidad de tiempo.

Resultan también importantes las diferentes proporciones de ácidos grasosindividuales que se forman en las dietas. La dieta de concentrado presenta una

proporción de ácido propicio alta, si se compara con las otras, y bajos valoresde ácido acético y butírico. Por esta razón, el patrón de fermentación de unadieta rica en concentrado se acostumbra a decir que es alto en propiónico ybajo en acético.

El heno y los alimentos fibrosos presentan un pH alrededor de 7, unaproducción de AGCC baja con altas proporciones de ácido acético,compensada con bajas proporciones de ácido propiónico y butírico.

Por otro lado, las mieles presentan un patrón de fermentación intermedio, conpH cercanos al neutro, producción de AGCC intermedia entre los dosanteriores y se caracteriza porque es alta la proporción de ácido butírico. En latabla 7 se presenta el efecto del suministro de dietas de concentrado, heno ymiel /urea en el pH y patrón de fermentación ruminal en toros

Tabla 7. Efecto de la dieta en el pH y patrón de fermentación ruminal(Fuente Elías, 1971)

% molarDieta pH AGCC,

meq/lacético propiónico butírico Isob. Val. Isov. Cap

Concentrado 6.16 157 44.9 42.8 5.83 1.83 2.24 2.03 0.73Heno 7.10 82.0 76.0 15.0 7.46 0.41 0.29 0.39 0.00Miel/urea 6.66 132 49.7 21.3 25.7 0.30 2.81 0.26 0.79



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Fermentación de compuestos nitrogenados

La fermentación de los compuestos nitrogenados en el rumen es muy complejoy en el intervienen gran numero de especies microbiana.

La proteína y la urea u otra fuente de NNP que entra al rumen se degradan aNH3. La concentración de aminoácidos libres en el rumen es relativamente bajadebido a que los mismos son desanimados.

Las proteínas se degradan con una rapidez variable, en dependencia de suestructura y solubilidad y en el proceso de proteolisis intervienen bacterias,protozoos y hongos. Alrededor del 38% de las bacterias viables totales,aisladas del rumen de bovinos, son proteolíticas, lo cual puede variar endependencia de la fuente de energía y proteína dietética.

Bacteroides amylophilus, Selenomonas ruminantium y Bacteroides ruminicola son la bacterias de mas alta actividad proteolítica en el rumen. Otras bacteriasproteolíticas de interés son, Streptococcus bovis, Sphaerophorus hypermegasy Peptostreptococcus sp.

La actividad proteolítica no es la acción aislada de una sola especiemicrobiana, sino que existe sinergismo y relaciones estrechas entre lasdiferentes especies, lo cual se ha demostrado en los estudios que se hanefectuado en cultivos puros, donde la actividad proteolítica es menor.

La urea que se utiliza para suplir total o parcialmente la proteína verdadera, sehidroliza rápidamente a amoniaco y agua., sin embargo, en el rumen se hanencontrado relativamente pocas especies de bacterias eminentementeureolíticas, lo cual indica que la ureasa puede ser inducida en algunos gruposmicrobianos cuando la urea esta presente en el medio de fermentación.

La tabla 8 muestra el efecto de diferentes henos en el pH y la concentraciónde amoníaco en el rumen

Tabla 8. Efecto de la urea en el pH y concentración de amoníacoruminal

Dieta Heno Heno

c/urea

Heno-maíz

Heno-maízc/urea

Henoalfalfa

Henoalfalfa

c/urea

pH ruminal 7,3 7,2 7,0 6,2 6,7 6,8

N-NH3 ruminal (ppm) 35,4 110,6 1,7 2,1 26,8 27,3



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Fermentación de lípidos

Los lípidos, al entrar en el rumen sufren un proceso de hidrólisis debido alataque microbiano a la molécula de grasa. Una vez liberados los ácidos grasos,estos sufren un proceso de hidrogenación, si no se encuentran saturados, que

comienza siempre por los ácidos grasos que tienen un grado mayor deinstauración, del modo siguiente

Cx3 Cx2 Cx1 Cx0

En los forrajes se encuentran numerosos lípidos, los que se encuentranformando parte de las membranas de los cloroplastos, con un alto contenido delípidos no saturados.

En el proceso de hidrogenación de los ácidos grasos polinsaturados ymonoinsaturados intervienen algunas cepas de Butyrivibrios, una cepa de

Ruminococcus albus, dos cepas de Eubacterium sp, dos Fusocillus, unmicrococo y Treponema sp

Ventajas de la hidrogenación de ácidos grasos

Aumenta el crecimiento bacteriano, ya que los ácidos grasos insaturadosprovocan cambios en la permeabilidad de las membranas microbianas

Se reduce la producción de metano al haber menor cantidad dehidrógeno

Aumenta la energía disponible, ya que los ácidos grasos saturados

liberan más energía al oxidarse que los ácidos grasos insaturados. Anaerovibrio lipolytica es responsable de la hidrólisis de los triglicéridos,aunque ataca los galactolípidos directamente. Butyrivibrio fibrisolvens, bacteriaeminentemente celulolítica, también interviene en la hidrólisis de losfosfolípidos, en la hidrogenación de los ácidos grasos polinsaturados y en laproducción de butirato a partir de la interconverción del acetato en butirato.

La celulolisis ruminal y los factores que la modifican

La celulolisis ruminal es el proceso de transformación bioquímica de la

celulosa en carbohidratos solubles Este proceso se lleva a cabo por algunosmiembros de la microflora y microfauna ruminal que tienen la capacidad desegregar enzimas celulasas.

Accesibilidad de las enzimas a la celulosa

La capacidad de los organismos celulolíticos para digerir la celulosa variagrandemente con las diferentes especies de forraje o el grado de madurez enque se encuentren, aun cuando sus contenidos en celulosa no sean tandiferentes. Para apreciar completamente la influencia de la estructura de lafibra en la susceptibilidad o resistencia a la degradación enzimática, es

necesario comprender la relación entre microorganismo celulolítico, susenzimas extracelulares y la fibra propiamente dicha.



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Los organismos que degradan la fibra viven en la superficie o en el interior dela fibra. En estos lugares segregan enzimas extracelulares o superficiales quecatalizan la dilución de los constituyentes de la fibra a productos que puedenser asimilados y metabolizados por estos microorganismos.

La susceptibilidad de la celulosa a la hidrólisis enzimática esta determinada engrado considerable por la accesibilidad de las enzimas producidas y el sustrato,celulosa, es pues un prerrequisito para la hidrólisis, pues la celulosa esestructuralmente compleja y a la vez insoluble. Este contacto puede ocurrir pordifusión de las enzimas dentro de la compleja matriz de la celulosa. Debeesperarse, que la velocidad de la reacción deba ser función del área superficialde la celulosa que esta accesible a la enzima. Cualquier aspecto estructuralque limite la accesibilidad de las enzimas del complejo celulasas a la celulosadisminuirá su susceptibilidad de la degradación.

Aspectos estructurales que afectan el ataque enzimático

Los aspectos estructurales que determinan la susceptibilidad de los materialescelulósicos a la degradación enzimática incluyen:

Contenido de humedad de la fibra Tamaño de los poros microfibrilares Los enlaces establecidos entre los diferentes constituyentes de la pared

celular Otros aspectos

La humedad desempeña un importante papel en la degradación de la celulosaya que el agua es necesaria para hinchar la fibra; prevé un medio adecuadopara la difusión de las enzimas extracelulares y de los productos de ladegradación parcial de la fibra de los cuales obtienen los microorganismos susnutrimentos. Los elementos del agua se utilizan para producir el rompimientode los enlaces entre las unidades de glucosa que forman la molécula decelulosa.

La degradación enzimática de la celulosa requiere que las enzimas celulasas yotras enzimas extracelulares de los microorganismos se difundan desde losorganismos productores hasta la superficie accesible, sobre o dentro de la

fibra. Estas superficies accesibles se encuentran definidas por su tamaño,forma y propiedades superficiales en capilares microscópicos y submicroscópicos dentro de la fibra. Estos capilares se encuentran dentro de doscategorías: capilares gruesos, visibles al microscopio de luz y que tienen undiámetro que varía desde 2000 Å a 10 micrones y los capilares o poros de lapared celular, tales como los espacios entre las microfibrillas y las moléculas decelulosa en las regiones amorfas.

La mayoría de los poros de la pared celular se encuentran cerrados cuando lasparedes no contienen humedad, pero se abren otra vez cuando se absorbeagua. Cuando la fibra se encuentra completamente saturada de agua, los

capilares de las paredes celulares alcanzan sus dimensiones máximas. Estos



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pueden alcanzar alrededor de 200 Å de diámetro, aunque comúnmente poseenun diámetro menor.

En un cuerpo poroso el área superficial disponible para que el ataque de unaenzima se realice dependerá de los tamaños relativos de los poros y la enzima.

Los estudios realizados en este campo indican que la molécula del complejocelulasas posee un diámetro entre 30-40 Å. Cuando el volumen accesible alporo es cero, la reacción de disolución de la celulosa no ocurre; pero alincrementarse el volumen accesible del poro ocurre un incrementocorrespondiente en la velocidad de reacción. También existe una correlaciónentre la reactividad y el área superficial a una molécula con un tamaño dado.Esto se basa en que la velocidad de una reacción química heterogénea entremoléculas en solución y un sólido es, usualmente, proporcional a la superficiedisponible.

Existen algunas evidencias de uniones covalentes entre la lignina y algunos delo polisacáridos de la pared celular. Estos enlaces posiblemente contribuyan aimpedir el ataque enzimático de la fibra por inhibición estereoquímica. Sinembargo, también se plantea que ocurre un enrejamiento físico de la celulosay la hemicelulosa.

Otros aspectos que se cree influyen en la susceptibilidad de la fibra al ataqueenzimático son, el grado de cristalinidad de la celulosa, su grado depolimerización, la asociación con minerales y otras sustancias.

Microfibrillas de celulosa en la pared vegetal

Enzimas que intervienen en la celulolisis ruminal y modo de acción

El termino celulasas se utiliza para denominar las endoenzimas producidas porlos microorganismos celulolíticos, que hidrolizan los enlaces β-1-4 glucosídicospresentes entre las unidades de anhidro glucosa y su nombre sistemático es β -1-4 glucan glucano hidrolasas.

Las enzimas celulasas no son una sola enzima, sino que constituyen uncomplejo enzimático, el cual está formado por varias enzimas, entre ellas: endoß-1-4 glucanasas (ß-1-4 glucan glucano hidrolasa, carboximetil celulasa ó Cxcelulasa); exo ß1-4- glucanasas (exo celobiohidrolasa, ß1-4- glucan-glucanohidrolasa ó C1 celulasa); exo ß1-4- glucosidasas (1,4 ß glucanglucohidrolasa); celobiasas (ß glucosidasas ó glucohidrolasa);celulodextrinasas; etc.

La mayoría de los microorganismos celulolíticos del rumen se encuentrandotados de todas las enzimas y por esa razón, la celulolisis puede ser totalcuando se estudia en suspensiones con cultivos puros. Sin embargo, se ha

indicado que algunos microorganismos atacan solamente la forma nativa de lacelulosa, mientras que otros, considerados de baja actividad o pseudo

http://www.biologia.edu.ar/botanica/tema7/7-2pared1.htm

http://www.biologia.edu.ar/botanica/tema7/7-2pared1.htm



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celulolíticos, intervienen en el proceso de degradación cuando la molécula decelulosa ha sido atacada previamente.

Interacciones de microorganismos en la degradación de la fibra

Para degradar la celulosa, los microorganismos se adhieren a las partículas dealimentos y reducen la celulosa en fragmentos con formación de productosintermediarios que son metabolizados por otros grupos microbianos. Losproductos intermediarios de la degradación de la celulosa son, succinato,hidrógeno y formiato. Los productos finales son acetato y butirato.

La fermentación completa de la celulosa se efectúa mediante la acción de unapoblación mixta, que comprende los siguientes grupos fisiológicos

Microorganismos Celulolíticos Especies microbianas que fermentan los glúcidos producidos por la

hidrólisis de la celulosa Especies que degradan los compuestos como ácido succínico y ácido

fórmico Bacterias metanogénicas, que utilizan el hidrógeno metabólico o el formato

para la formación de CH4. Bacterias acetogénicas, las que son capaces de producir ácido acético a

partir del hidrógeno metabólico. Éste grupo microbiano compite con lasbacterias metanogénicas por la obtención del sustrato

Las bacterias celulolíticas mas comúnmente aisladas y estudiadas, tal y como

se señaló anteriormente, son: Fibrobacter succinógenes, Butyrivibriofibrisolvens, Ruminococcus albus, Ruminococcus flavefaciens, Clostridiumcellobiosparum, Clostridium lockheadii, Micromonospora ruminantium.

Algunos protozoos Entodiniomorfos tienen actividad celulolítica y juegan unpapel importante en la fermentación de la lignocelulosa. Polyplastrommultivesiculatum es el protozoo mas activo en la celulolisis y su presenciapuede incrementar hasta en un 10% la digestibilidad de la lignocelulosa. Otrosprotozoos, Entodinium, están dotados de una poliglucosidasa de tipo C

Otros protozoos con actividad celulolítica son, Eudiplodinium maggii, Epidinium

ecaudatum. Los protozoos Holotrichos Isotrichas y Dasytrichas, reducen ladegradabilidad de la fibra.

Todos los hongos del rumen, aislados e identificados hasta el presente, soncelulolíticos. Entre ellos tenemos, Neocallimastix frontalis, Sphaeromonascomunis y Piromonas comunis

Entre las diferentes especies y cepas de microorganismos celulolíticas existennumerosas Inter.- relaciones metabólicas y asociaciones. Cada especie secaracteriza por una forma particular de penetrar, atacar y colonizar el vegetal. Así, por ejemplo, R. Flavefaciens penetra al vegetal por las zonas dañadas,

pero se adhiere a las células de la pared celular del vegetal para producir ladegradación del mismo.



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Otros microorganismos se adhieren más rápidamente a la epidermis delvegetal, esclerénquima, floema y mesófilo, pero no degrada la pared celular através del esclerénquima. La presencia de grandes concentraciones de ligninaen la pared celular inhibe tanto la adhesión como la digestión.

En sentido general, se puede señalar que los primeros organismos que seadhieren a la fibra proporcionan las condiciones para el ataque por los otros. Lacolonización de la fibra en el rumen es rápida y ocurre en minutos.

Un ejemplo práctico de interacciones microbianas en el proceso defermentación de la celulosa se muestra en la figura 2.

Figura 2. Interacciones entre Fibrobacter succinógenes y Selenomonas

ruminant ium en el proceso de fermentación de la fibra

Factores que modifican la celulolisis ruminal

La degradación de los componentes estructurales de la pared celular esextremadamente variable y depende de varios factores, entre ellos.

1. Inherentes al vegetal. Naturaleza de los carbohidratos estructurales, edad del vegetal, origen

botánico de la planta, contenido de lignina, tipo de tejido predominante,

Celulosa

Fibrobacter succinógenes

Fragmentos de celulosa

Selenomonas ruminantium

Acetato+

CO2

+

Propionato+

Acetato+

CO2

Fibrobacter succinógenes

CO2

+

Acetato

+

FFoor r mmaattoo

+

succinato

CH4 CO2 CO2

H2



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parénquima, esclerénquima, estado vegetativo, aspectos estructuralesdel vegetal.

2. Referente a la ración Naturaleza y cantidad de proteína en el alimento Disponibilidad en minerales, los cuales condicionan directamente la

actividad y el potencial enzimático Contenido de carbohidratos de fácil fermentación Estado físico del alimento, tratamientos tecnológicos, acción de agentes

químicos o biológicos, etc

3. Cualquier factor que modifique la temperatura y el pH de acción de lasenzimas celulasas o interfiera en la formación del complejo enzima-sustrato (ES)

La celulosa que llega al rumen, procedente de los alimentos que ingieren losanimales rumiantes, se digiere con rapidez variable, de acuerdo a los factoresque se mencionó con anterioridad. En la tabla 9 se presenta la digestibilidadde la celulosa de diferentes fuentes, así como la proporción entre la lignina y lacelulosa, aspecto que interviene de manera directa en la razón de digestión dela celulosa en el rumen

Tabla 9. Digestibilidad de la celulosa en diferentes materiales

Material Digestibilidad, % Proporción lignina/celulosa Alfalfa 40-60 0.18-0.30

Gramíneas templadas 48-90 0.08-0.20Gramíneas tropicales 30-60 0.11-0.24Papa 40-60 0.10-0.26Papel 20-99 0.20-0.50Madera 0-40 0.30-0.60Vegetales 90-100 0-0.05

Las diferentes especies microbianas del rumen actúan, preferentemente, sobreun sustrato con especificidad relativa. Esta característica se encuentraestrechamente relacionada con los requerimientos nutricionales de cada

especie, y con el grado de lignificación y contenido celular de los vegetales. Porejemplo, Ruminococcus albus y Fibrobacter succinógenes solubilizan enmayor proporción el heno de Teff en relación a Butyrivibrio fibrisolvens,mientras que Fibrobacter succinógenes hace una mayor degradación de lamezcla de gramíneas. Debe observarse en la tabla 10, la extensión de lasolubilización de las paredes celulares de los vegetales por diferentesmicroorganismos, lo que demuestra el efecto de la especie microbiana en lacelulolisis ruminal



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Tabla 10. Solubilización de paredes celulares de plantas por bacterias delrumen

Microorganismo Sustrato Solubilización deparedes, %

Butyrivibrio fibrisolvens Heno de TeffMezcla degramíneas

Paja de Barley

253120

Ruminococcus albus Heno de TeffMezcla degramíneas

Paja de Barley

744226

Ruminococcus flavefaciens Heno de TeffMezcla degramíneas

Paja de Barley

633035

Fibrobacter succinógenes Heno de TeffMezcla degramíneas

Paja de Barley

806142

Nivel de carbohidratos solubles de la dieta

Para asegurar una actividad normal de la microflora y para que exista unabuena actividad celulolítica en la dieta, deberá estar presente cierta cantidadde carbohidratos solubles o fácilmente fermentables. Pequeñas cantidades deéstos carbohidratos producen un aumento en la digestibilidad de la celulosa,pero cantidades muy grandes la deprimen. Se aduce que estas diferencias endigestibilidad se debe a un aumento en la proliferación de los organismos queutilizan estos carbohidratos y producen un incremento en la fermentación de losmismos, con un consecuente cambio en el pH (disminución) y en el patrón defermentación. Esto afecta el normal desarrollo de los microorganismos

celulolíticos, y por ende, la actividad de las enzimas también disminuye. Sedebe señalar que generalmente, los pastos a la edad en que aproximadamentese debe utilizar, alrededor de 6-7 semanas de edad, presentan cantidadesadecuadas de carbohidratos fácilmente fermentables.

Nivel de nitrógeno de la dieta



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Uno de los Nutrientes más limitantes en la utilización de la fibra es el nitrógeno.La deficiencia de nitrógeno disminuye la digestibilidad de la fibra, ya que lasbacterias necesitan de este nutriente para sintetizar las enzimas necesariaspara su crecimiento y metabolismo. Además la formación del conjunto deenzimas que constituyen el complejo celulasas requieren un gasto de energía y

nitrógeno alto.

Utilización del nitrógeno no proteico (NNP)

Se conoce que para cubrir los requerimientos de nitrógeno los organismoscelulolíticos necesitan que parte del nitrógeno esté en forma de NNP, porqueaunque ellos requieren de aminoácidos que le son esenciales, pueden utilizar elamoníaco (NH3) para sintetizar sus aminoácidos. Asimismo se ha encontradoque parte del nitrógeno total de la dieta debe encontrarse en forma de proteínaverdadera, ya que ésta produce un efecto beneficioso en la digestión de lacelulosa.

Se han utilizado numerosos compuestos para suministrar el nitrógeno que serequiere en las dietas. En los últimos años se ha incrementado la utilización decompuestos que liberan NH3 en el rumen, como una forma de suministrar elnitrógeno en la dieta. Los más utilizados se presentan en la tabla.

Todos estos productos tienen en común la presencia del grupo amonio (NH+4)

o el amino (NH2), los que se hidrolizan a NH3.

Uno de los componentes mas utilizados es la urea, la que se ha encontrado

que produce un aumento en la digestibilidad de la celulosa cuando sesuministra a los animales que consumen alimento fibrosos de baja calidad.

Es importante señalar que con los materiales fibrosos de baja digestibilidad laadición simultánea de pequeñas cantidades de carbohidratos de fácilfermentación, ayuda a un mejor desarrollo de los microorganismos ruminales.Los AGCC que se forman de la fermentación de los carbohidratos, junto al NH3 contribuyen a la síntesis de proteína microbiana

La inclusión de urea incrementa la digestibilidad de la celulosa en la paja detrigo y mazorca de maíz. Como se aprecia, los valores de inclusión de 50mg

Urea/100ml de líquido ruminal, bajo condiciones in vitro, no se traducen en unamayor degradación de la celulosa en la paja de trigo, aunque sí en la mazorcade maíz. Esto nos conduce a informar que la suplementación con urea con elpropósito de incrementar la digestibilidad de la celulosa, depende de la fuentede celulosa específica, además de otros factores como son el nivel decarbohidratos solubles de la ración.

La suplementación nitrogenada, ya sea en forma de nitrógeno no proteico(NNP) o de proteína verdadera incrementa la digestibilidad y la eficiencia deutilización de los forrajes de baja calidad, como resultado de un efecto directoen la población de microorganismos del rumen. Esta afirmación se fundamenta

en que los microorganismos del rumen degradan la urea a amoníaco y comoresultado, prolifera una amplia gama de microorganismos cuyos requerimientos



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simples de nitrógeno se cubren por la presencia de NH3. El amoníaco asíformado y las cadenas carbonadas presentes en el líquido de rumen,provenientes del resto de la dieta, se utilizan para la síntesis de proteínamicrobiana.

La máxima síntesis de proteína microbiana en el rumen se alcanza cuando laconcentración de amoníaco se encuentra entre 5-8 mg/100ml. A su vez, estosniveles de amoníaco se alcanzan cuando la concentración de proteína bruta(PB) en la dieta es de aproximadamente 12 %. Sin embargo, resulta evidenteque los microorganismos del rumen requieren de fuentes de proteínaverdadera, aminoácidos, péptidos y otras formas nitrogenadas. Losaminoácidos aportan las cadenas carbonadas para la síntesis de ácidos grasosvolátiles en el rumen, fundamentalmente, de cadena ramificada o isoácidosconocidos como ácido isobutírico, ácido isovalérico y ácido 2-metilbutirato Esbueno señalar que solo los tres aminoácidos de cadena corta ramificada(valina, leucina e isoleucina), permiten la producción de estos isoácidos.

En la tabla 11 de representa el efecto de diferentes cantidades de urea/ 100 mlde líquido ruminal en la digestibilidad de la celulosa en dos fuentes de celulosa(paja de trigo y paja de maíz) y en la 12 el efecto de la urea en la paja y pajacon sacarosa en la digestibilidad de la MS, celulosa, amoníaco y proteínabacteriana.

Tabla 11. Efecto de la urea en la actividad celulolítica ruminal en dosfuentes de fibra

% digestibilidad de lacelulosa

Tratamiento Paja detrigo

Mazorcade maíz

Control * 30.3 19.9Control + 5mgUrea/100ml

31.6 21.2

Control + 10mg

Urea/100ml

32.5 24.7

Control + 25mgUrea/100ml

36.6 25.7

Control + 50mgUrea/100ml

36.6 29.9

* 2g de paja + líquido de rumen

Tabla 12. Efecto de la urea en la actividad celulolítica del rumen en paja dearroz



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Medida Paja sola Paja + Urea Paja + Urea+ Sacarosa

Consumo de MS, Kg/día 2.06 2.54 2.35Digestibilidad de la MS, % 31.1 45.4 40.9Digestibilidad de la celulosa, % 50.0 59.5 56.3

Proteína bacteriana, mg/100ml 11.3 17.8 18.8 Amoníaco ruminal, mg/100ml 1.8 18.2 10.5

Las vitaminas del complejo B también actúan como activadores en el procesode degradación de la celulosa en el rumen. Así en investigaciones que serealizaron bajo condiciones in vitro, se demostró que la mezcla de ácidovalérico, Biotina, ácido para amino benzoico (PABA) y vitamina B12, producenincrementos en la digestibilidad de la celulosa. Igualmente, el uso de productosbiofermentados con base a levaduras también incrementa el número demicroorganismos celulolíticos y la actividad de las enzimas secretadas por losmismos.

Como se observa en la tabla 13, el ácido valérico la biotina y el ácido paraamino benzoico (PABA) suministrados de manera conjunta como suplementoen dietas de paja de cebada, son capaces de incrementar la digestibilidad de lacelulosa bajo condiciones in vitro. Sin embargo, el líquido de rumen contienefactores de crecimiento no identificados, los que son capaces de producir unamayor degradabilidad de la celulosa.

Tabla 13. Efecto de las vitaminas en la digestibilidad de la celulosa

Adiciones al medio de cultivo % digestibilidad de la celulosaBiotina y PABA 22.8 Ácido Valérico 41.8 Ácido valérico + Biotina 44.3 Ácido valérico + PABA 36.4 Ácido valérico +Biotina + PABA 56.9 Ácido valérico +Biotina + PABA + B12 54.6Líquido de rumen centrifugado 61.4

Adaptación de Microorganismos a la dieta

Como se estableció anteriormente, los microorganismos que viven en el rumenson capaces de utilizar diferentes fuentes de carbohidratos y muchos soncapaces dos o tres de esas fuentes. Un cambio de dieta, por ejemplo, deforraje o concentrado, es decir de una dieta de lenta fermentación ruminal auna de carbohidratos fácilmente fermentables, produce una acción rápida por

parte de los microorganismos. Esos, atacaran rápidamente el concentrado y sedesarrollaran mejor las bacterias amilolíticas. El gran desarrollo de estasbacterias producirá suficiente ácido, capaz de descender el pH del ruminal.



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Estos cambios pueden ser tan violentos que produzcan disturbios digestivoscomo la acidosis y timpanismo, que pueden llegar a ocasionar la muerte delanimal.

Si el cambio de dieta se hace lentamente y se aumentan las cantidades dealimento nuevo a introducir diariamente, los cambios en la poblaciónmicrobiana ruminal no serán tan bruscos. De esta forma se podrán desarrollarno solamente los microorganismos que utilizan las nuevas fuentes de energía,sino que también la de los microorganismos que utilicen parte de los ácidosorgánicos. Estos no permitirán que se acumule una cantidad que provoqueintoxicación en el animal.

Manipulación de la fermentación microbiana ruminal

Concepto de Manipulación de la fermentación microbiana ruminal

A partir del conocimiento de los principios que rigen el desarrollo de laspoblaciones microbianas, sus principales interacciones y productos delmetabolismo microbiano se deriva el concepto de manipulación de lafermentación ruminal.

Manipular la fermentación microbiana ruminal no es más que utilizar unconjunto de biotécnicas con el propósito de activar o modificar los sitiossensibles de desarrollo microbiano, producción de enzimas, productos finalesde la acción microbiana específicamente el patrón de fermentación, pasaje denutrientes, entre otros. Este concepto fue descrito, primeramente, en Cuba porMarty (1972), como alternativa para los países cuya base alimentaria para elganado esta compuesta por alimentos de baja calidad. Desde entonces, esteconcepto se ha ampliado y en la actualidad se pueden emplear para modificarla fermentación microbiana ruminal en dependencia del propósito que sedesee.

Para nutrir a los animales rumiantes a partir de manipular los procesosfermentativos en el rumen aquí es necesario tener en consideración lossiguientes principios o requisitos:

1. Establecer una fermentación eficiente

Optimizar el crecimiento microbiano, lo que se logra alincrementar la eficiencia de síntesis de proteína microbianaruminal

Maximizar la digestión de la fibra2. Lograr un metabolismo y balance de nutrientes eficiente3. Tener en consideración la nutrición de los microorganismos del rumen y

la del animal hospedero

Proteína de sobrepaso, que provee de aminoácidos esenciales alanimal.

Almidón de sobrepaso, que provee un suministro de glucosa

adicional



37

Suministro de lípidos que contienen ácidos grasos de cadenalarga para la síntesis de tejidos y grasa de la leche.

El propósito de un sistema ruminal eficiente es alcanzar altas tasas de síntesisde proteína microbiana en relación a la producción de ácidos grasos de cadena

corta (AGCC) y, consecuentemente, un mayor consumo de alimentos (2.5-3%del P.V.). Esto depende de diversos factores, entre ellos: disponibilidad denutrientes esenciales, fundamentalmente amonio, azufre, aminoácidosramificados, fósforo, péptidos y minerales trazas. Igualmente, se deberátrabajar en la obtención de una alta digestión de compuestos estructurales(celulosa, hemicelulosa, lignina, y otros); incrementos en la proporción molar deácido propiónico y sustratos glucogénicos totales; así como en la reducción dela proteolisis, amilolisis y metanogénesis ruminal.

La figura 3 muestra los sitios más probables de manipulación de lafermentación ruminal y en los cuales puede incidir el hombre para obtener un

mejor aprovechamiento de los alimentos de que se dispone.

Una de las prácticas más acertadas y relativamente fáciles de realizar enmateria de manipulación, es la referida a balancear la dieta teniendo enconsideración los requerimientos nutricionales del animal y de losmicroorganismos que habitan en el rumen. Así por ejemplo, si los rumiantes sealimentan con fuentes proteicas como las leguminosas, algunas de las cualespresentan proteínas solubles altamente degradables en el rumen, es necesariogarantizar la energía suficiente para que se produzca la adecuada síntesis deproteína microbiana o la inclusión de agentes protectores de la misma a laproteolisis ruminal. En Cuba se han desarrollado diferentes estudios que danrespuesta a esta problemática.

Para manipular la fermentación microbiana ruminal a partir de la dieta que sesuministra, se pueden utilizar dos vías: la primera comprende un conjunto deacciones encaminadas a optimizar dicha fermentación mediante el empleo dediferentes métodos de manejo de la ración y la segunda se refiere a lamodificación del alimento antes del suministro a los animales.

Situación geográfica Intervención delhombre

Comportamiento animal(Velocidad y selección en

la toma del alimento)

Concentración de nutrientes Condiciones ambientales del

rumen (pH, CO2, temp, otros) Productos finales de la

fermentación

Velocidad de crecimiento Índice de eliminación de

microorganismosEquilibrio de las especies

microbianas

Características genéticasde los rumiantes

Adaptación de las distintasespecies a las condiciones

del rumen

Condicionesclimáticasy fertilidaddel suelo

Estado fisiológico delanimalMetabolitos

producidos pormicroorganismos

del rumen

Características físicoquímicas del alimento

Especies deplantas



38

Figura 3. Sitios más probables para la manipulación de la fermentaciónmicrobiana ruminal

Tratamiento del alimento antes del consumo

Desde el punto de vista físico se han conducido estudios que se enmarcan desdetratamientos térmicos hasta modificar el tamaño de partículas, los cuales causanmejoras en la digestibilidad de unos componentes y actúan sobre la protección deotros.

El efecto que producen los tratamientos químicos en las células lignificadas delos vegetales, hace que los mismos sean más digestibles, de modo que larespuesta al tratamiento debe ser proporcional al número relativo de célulaslignificadas que contenga el material. De esta forma se han empleadocompuestos tales como el hidróxido de sodio, urea y el amoníaco en dietas deresiduos fibrosos de la caña de azúcar así también el formaldehído para reducirel ataque a la proteína dietaria en el rumen

La aplicación de los procedimientos biotecnológicos es una de las vías que sepuede utilizar para mejorar el valor nutritivo de forrajes y residuos fibrosos debaja calidad. Al respecto, Elías et al, (1990) desarrollaron la tecnología deenriquecimiento proteico de la caña de azúcar a partir de un proceso defermentación en estado sólido y como resultado se obtuvo un productodenominado Saccharina. En este proceso se generan cantidades variables dediferentes metabolitos, entre los cuales se destacan: ácidos grasos de cadenacorta, enzimas, vitaminas, aminoácidos, los cuales quedan en el alimento yconstituyen una valiosa fuente de nutrientes para el animal.

Por su parte, las bacterias del rumen también requieren para su crecimiento de

los ácidos grasos volátiles valérico, isovalérico, butírico, isobutírico, caproico ymetilbutírico. Similar efecto producen las vitaminas del complejo B, niacina,tiamina, ácido p- aminobenzoico, biotina, las que además de ser altamenterequeridas por las bacterias celulolíticas, participan como cofactores ennumerosas reacciones enzimáticas. Galindo et al, (1996) demostraron que lasustitución del 50; 70 y 90% de las materias primas del concentrado para vacaslecheras por Saccharina incrementó la población de la bacterias celulíticasruminales, así como la actividad específica del complejo de enzimas celulasas(Tabla 14)

Tabla 14. Efecto de la caña biofermentada en la población de bacterias celulolíticas1

(10

–7

ufc/ml) y actividad específica de las enzimas celulasas

2

(U actividad/mgproteína)



39

Alimento Bacteriascelulolíticas1

Actividadcelulolítica2

Caña 0.59 0.09

Caña biofermentada, 50% inclusión en pienso 0.95 0.37



Fuente: Galindo et al, (1996)

El tratamiento biotecnológico a la fibra mediante fermentación en estado sólido, esuna práctica que puede incrementar la degradabilidad de la MS y la FDN. Dentrode las fuentes que más se han utilizado en Cuba con estos fines se encuentra la

pulpa y cascarilla de café, residuos de cosecha, la caña de azúcar, el bagazo(Valiño, 1999).

Las raíces y tubérculos como: boniato, remolacha, patata, yuca y Topinambur asícomo granos tales como sorgo, cebada, maíz, trigo, avena, entre otros, también sepueden fermentar mediante estas tecnologías para producir alimento animal, el queprovee a los animales de proteína de origen microbiano a partir de sustratosenergéticos. Diferentes microorganismos se pueden utilizar como inoculantes y suelección depende del sustrato a emplear, así como el propósito productivo de losanimales.

Optimización de la fermentación ruminal mediante el manejo de la dieta

Empleo de aditivos

Una de las vías que se han desarrollado para propiciar modificacionesimportantes en la fermentación, es la utilización de aditivos, entre ellos, losdenominados Suplementos Nitrogenados Activadores (SNA). Éstos consistenen formulaciones que abarcan diferentes relaciones de nitrógeno no proteico(NNP) y proteína verdadera (PV), así como la adición de premezclas devitaminas y minerales. La tabla 15 presenta diferentes formulaciones de SNA.

Tabla 15. Composición de los suplementos activadores de la fermentaciónruminal (SNA)

Componentes SNA-100% SNA-85% SNA-70%Bagacillo 46.00 39.04 32.07Urea 13.00 11.30 9.6Miel final 30.00 25.00 20.00Harina de girasol - 13.66 27.33Na2 SO4 2.00 2.00 2.00

premezcla vitamínica AD-1 1.00 1.00 1.00Premezcla mineral M-6 5.00 5.00 5.00



40

NaCl 3.00 3.00 3.00Total 100 100 100Relación NNP: PV 100:0 85:15 70:30La composición de la premezcla mineral M-6 en g/Kg es la siguiente: (PO4)2Ca3, 500; Cl Na, 400; CO3 Zn, 20; SO4 Cu, 10; SO4 Fe, 27; SO4 Mg, 23; SO4

Co, 0.1; Selenito de sodio, 0.02 y 19.86 de maíz molido.

La premezcla vitamínica AD-1 aporta 1 200 000 UI de Vitamina A, 300 000 UIde Vitamina D y se mezclaron con 937.5 g de maíz molido.

Los SNA se han utilizado en dietas de bajo valor proteico, como son las dietasa base de caña de azúcar (Muñoz et al, 1987; Galindo et al, 2004), en las quese reducen los grupos más importantes de bacterias celulolíticas del rumen, ycasi desaparecen los microorganismos que deben degradar la celulosa. Entales circunstancias la suplementación nitrogenada, ya sea en forma de

proteína verdadera o NNP, incrementa la población y actividad de losmicroorganismos ruminales debido, principalmente, al hecho de que el primerfactor que limita la acción de los microorganismos y su actividad, es el bajovalor nutritivo de los alimentos que consumen los animales. Cuandodesaparece esta limitante, se observa una alta proliferación demicroorganismos y consecuentemente, se obtiene una mayor degradabilidadruminal de la materia seca (MS), fibra detergente neutro (FDN) y fibradetergente ácido (FDA).

En este sentido, la mayor respuesta a la suplementación nitrogenada seobtiene cuando se formulan suplementos que combinan el NNP con laproteína verdadera. Ésta proporciona los aminoácidos que se requieren para lasín tes is de Novo de la proteína en el rumen y contribuye a la actividadenzimática debido a la naturaleza proteica de las enzimas. La tabla 16 muestrael efecto de tres formulaciones: SNA 100%; SNA 85% Y SNA 70% en larepresentación de diferentes grupos morfológicos de bacterias del rumen

Tabla 16. Efecto de tres formulaciones de suplemento nitrogenadoactivador (SNA) en la población de bacterias ruminales

Tratamiento Bacteriasviables totales1010 ufc/ml

Bacterias,proteolíticas106 ufc/ml

Bacteriasamilolíticas106 ufc/ml

Bacteriascelulolíticas,106 ufc/ml

Caña 1.97b (7.17) 0.59b (1.80) 1.55 (4.53) 0.42d (1.52)Caña + SNA-100% 2.03ab (7.61) 0.77ab (2.16) 2.28(9.77) 0.79c (2.20)Caña + SNA-85% 2.08a (8.00) 0.92a (2.50) 2.22 (9.23) 1.28b (3.59)Caña + SNA-70% 2.13a (8.41) 1.15a (3.16) 2.32 (10.17) 2.01a (7.46)EE ± SIG. 0.03** 0.21* 0.25 0.04**

Por las razones anteriormente expuestas, en un grupo de trabajos que se

desarrollaron durante más de 10 años, se demostró que cuando se incluyerondiferentes fuentes de proteína verdadera, la población de las bacterias del







43

zeolitas naturales en la población de microorganismos ruminales y su actividaden vacas

Tabla 18. Efecto de la zeolita en algunos grupos de bacterias y protozoosruminales 1 en ensilaje de 4.22% de PB (Galindo et al 1987)

Medida EnsilajeEnsilaje +0.5% zeolita

Ensilaje +0.5% zeolita

EE

Bacterias totales viablesu.f.c. x10-10/ml

4.13a (62.42)

.80a

(44.67) 3.60b

(38.86) 0.07**

Bacterias celulolíticasu.f.c. x 20-5/ml

1.60(34.80)

1.66(39.30)

1.92(46.00)

0.19

Protozoos totalesN x 10-5/ml

0.09b (2.59)

1.29a

(3.64) 1.27a (3.56)

0.06**

El efecto más importante que produjo la zeolita en el rumen fue el de propiciarun incremento en la actividad celulolítica ruminal. No se han informado conanterioridad trabajos que avalen el efecto de la zeolita en la actividad de lasbacterias ruminales, pero se conoce que este mineral cede al medio iones talescomo Ca2+, K+, Mg2+, Na+, Fe3+, Mn2+, Zn2+ y Co2+ (Mumpton y Fishman 1977,Hatiganu et al 1984 y Anon 1985) los cuales son requeridos por las bacteriascelulolíticas ruminales para su crecimiento, al mismo tiempo el Mg2+ y el Mn2+

actúan como cofactores de las enzimas celulasas

Figura 4. Efecto de la zeolita en la actividad específica del complejo deenzimas celulasas, U de actividad/mg de proteína

0

50

100

150

200

250

300

0 2 4 6

ensilaje

ensilaje + 0.5 zeolita

ensilaje + 1 de

zeolita





45

condiciones in vitro. Como resultado se pudo comprobar que la zeolita y todoslos iones minerales componentes de ella que se estudiaron, incrementaron elrendimiento en biomasa por gramo de celulosa y hemicelulosa fermentadas porhora. Esto confirma la importancia de la suplementación mineral para elcrecimiento microbiano.

Se evidenció una vez más, que la zeolita incrementa la celulolisis ruminal pero el K+ no fue el ión mineral más importante en estimular la celulolisis ruminal.En este sentido, se destacó la combinación del Mg2+ y el Ca2+ como los ionesminerales que mayor efecto producen en la digestión de la celulosa.

En la figura 5 se presenta la degradación de la celulosa que hacen lasbacterias en relación con la suplementación mineral efectuada. Cuando seincluyó el Na+ en el medio de fermentación, la degradación de la celulosa sereduce. Esta observación reviste gran importancia debido a que permite decidirel tipo de zeolita que debe ser utilizada para suplementar a los animales con el

objetivo de incrementar la celulolisis ruminal. Si la zeolita presenta como iónmóvil, preferentemente el Na+, la misma no se debe utilizar para suplementar alos animales que se encuentran en pastoreo o consumen dietas fibrosas. En talcaso, se pueden utilizar zeolitas potásicas, cálcicas o magnésicas.

Figura 5. Efecto de la zeolita y algunos de sus iones minerales en ladegradabilidad ruminal de la celulosa, % Fuente, Galindo, 1988

Protección de las proteínas y los almidones

Los rumiantes, al igual que los animales de las especies monogástricaspresentan en las partes bajas del tracto gastro intestinal, enzimas digestivascapaces de digerir las proteínas y los almidones y utilizarlos con una eficienciamayor.

Estas son las razones que justifican el hecho de que en los últimos años setrabaja intensamente en la búsqueda de métodos que atenúen en algunamagnitud la degradabilidad ruminal de las proteínas y con ello lograr que las

mismas sobrepasen el rumen y se digieran más eficientemente en las partesbajas del tracto gastro intestinal (TGI). Las proteína que “escapan” de la

0

10

20

30

40

50

60

ensilaje zeolita K Mg Na + K Mg +Ca





47

de Amadori), mientras que las de vida media larga llegan a formar losproductos de glucosilación avanzada.

Tanto la reacción para la formación de la base de Schiff, como la de formacióndel producto de Amadori, son reversibles. El hecho de que ambas reacciones

sean reversibles y consecutivas determina que de acuerdo al tiempo deevolución del sistema considerado, habrá predominio de uno u otro producto.La interrupción del contacto de la glucosa con la proteína en cualquiera deestas etapas produce la reversión completa del efecto.

Estos conocimientos sugieren la posibilidad técnica de que la proteína o losalmidones que se protegen del ataque enzimático ruminal, pueden liberarse enlas partes bajas del tracto gastro intestinal (TGI) como resultado de la acción delos jugos gástricos y entéricos.

El tratamiento térmico y la adición de azúcares reductores disminuyen lasolubilidad de las proteínas. Aunque en relación a la soya sin proteger en todoslos casos hubo un efecto significativo en la solubilidad de la proteína. El mayorefecto se encontró en el tratamiento con xilosa y con la mezcla equimolar deglucosa y fructosa. Estos resultados conducen hacia la profundización deestos dos tratamientos, para analizar la factibilidad de su uso a una mayorescala. El tratamiento con xilosa y con la mezcla equimolar de glucosa yfructosa produjo un efecto depresivo en la actividad de las enzimas proteasasasí como en la actividad específica de las referidas enzimas. En lostratamientos con azúcares reductores a la proteína de la soya, se reduce ladegradación de la proteína en rumen, determinado por la menor concentración

de amoníaco al nivel del órgano.De la misma manera cuando se utilizó la miel B invertida para provocar lareacción, se redujo la solubilidad de la proteína y se alcanzaron incrementosen la degradabilidad de la MS del forraje que se utilizó como dieta base entodos los casos, siendo superior en el tratamiento donde se protegió la proteínacon miel B invertida y diluida al 50%.

La digestibilidad ruminal in situ de la proteína se redujo en 18% mediante elpresente procedimiento y la digestibilidad intestinal de las harinas de soyatratadas con las diferentes mezclas de miel B invertida indican que a pesar de

la protección de la proteína a nivel ruminal que se produjo con esteprocedimiento tecnológico, la digestión intestinal no se afecta, razones por lascuales es factible su uso debido a que no se produce una sobreprotección en elintestino. De manera que esta técnica de protección posibilita una proteína deby pass, que se libera en las partes bajas del TGI para su digestión intestinal.

El tratamiento a la proteína con miel B invertida y calor, redujo hasta el 75% lapoblación de bacterias proteolíticas. Esto demuestra la efectividad deltratamiento a la proteína, lo que hace inaccesible la misma al ataque por lasproteasas microbianas. Efectos sinérgicos entre las bacterias proteolíticas y loshongos celulolóiticos se han podido observar en el presente trabajo, al quedar

evidenciado el efecto beneficioso de este tratamiento en la población dehongos celulolíticos. No se encontró efectos de la protección de la proteína con



48

el presente método, en el pH de líquido ruminal. Las mayores poblaciones deprotozoos se encontraron a las 2 horas después de iniciada la fermentación enel tratamiento donde la soya no se trató (tratamiento control) y a las 4 horas enaquél en el cual proteína de la soya se trató con miel B invertida y calor. Losmás bajos estuvieron en el tratamiento con miel a la soya a las 2 horas de

fermentación. Igual efecto se observó a las 24 horas para ambos tratamientos. Al parecer, no parece que exista un efecto directo del tratamiento a la proteínaen la población de protozoos del rumen.

El almidón es el hidrato de carbono más importante de todos los cereales, asípor ejemplo, constituye aproximadamente el 64 % de la materia seca del granocompleto de trigo y un 70 % de su endospermo. Las moléculas de almidón sonmacromoléculas formadas por una gran cantidad de moléculas de glucosaunidas entre sí. La notación química general es (C6H10O5)n donde n es unnúmero grande. Las macromoléculas se encuentran bajo dos formas, unpolímero esencialmente lineal de alfa-(l - 4) glucosa que es la amilosa (25 –

27%) y una estructura unida por ramificaciones alfa-(1 - 6) denominadaamilopectina.

Los almidones que entran al rumen procedente de los alimentos, también sefermentan por los mismos grupos microbianos que degradan la celulosa o porotros integrantes de la microflora y micro fauna ruminal. Generalmente seplantea que el almidón que “escapa” de la fermentación ruminal se denominanalmidón de sobrepaso, sobrepasante o de by pass.

Numerosos son los métodos empleados para éstos fines. En Cuba, se hanobtenido resultados satisfactorios con el uso del formaldehído por Coto (1990),Delgado (1988) para el caso de la protección de las proteínas. En este mismosentido, Galindo et al (2004) demostraron la posibilidad de proteger la proteínade la soya mediante la reacción de glucosilación no enzimática de las proteína.

Estos conocimientos hacen posible la utilización del formaldehído y losazúcares reductores para proteger los almidones de la fermentación ruminal ysugieren la posibilidad técnica de que los almidones que se protegen delataque enzimático ruminal, pueden liberarse en las partes bajas del tractogastro intestinal (TGI) como resultado de la acción de los jugos gástricos yentéricos.

El tratamiento al almidón contenido en la fuente harina de maíz con miel Binvertida y calor, no produce modificaciones significativas en la población debacterias viables totales del rumen, en la población total de hongos ni en el pHdel rumen (tabla 20).

De gran importancia significa el efecto del tratamiento al almidón en el númerototal de bacterias amilolíticas. Este efecto significa que el tratamiento térmicoen presencia de miel B invertida a pH básico, redujo la accesibilidad de lasamilasas microbianas a la molécula de almidón. Se debe destacar que latécnica de determinación de la población de bacterias amilolíticas sefundamenta en la acción de las enzimas bacterianas sobre los enlaces αglucosídicos del almidón, ya que se produce un halo de digestión indicativo dela amilolisis (figura 6)





50

maíz 20.3 18.3Maíz con formaldehído 42.48 4.51

Maíz con calor +miel B invertida 34.11 4.93Residuo de destilería del grano de maíz 50.71 6.3EE ± 6.15*** 0.97***

La metanogénesis ruminal. Medida de atenuación

La metanogénesis es un componente importante del ciclo del carbono en lanaturaleza. Este proceso tiene lugar en una amplia gama de hábitat anaerobiosy es llevado a cabo por un pequeño pero único grupo de bacteriasdenominadas “metanogénicas”. Ellas pueden ser encontradas en pantanos,

sedimentos marinos, reactores anaerobios y también en el tracto digestivo deanimales, como es el caso del intestino de algunos monogástricos y el rumen.

Los rumiantes son responsables de alrededor del 23% de la producción demetano global. Esto es una consecuencia inevitable de la fermentación de loscarbohidratos en el rumen. El gas se emite a la atmósfera mediante laeructación y la cantidad liberada depende del volumen de alimento consumidoy de la composición de la ración, siendo menor en dietas bajas en fibra (Gil2004).

El proceso de formación de metano en el rumen posee ciertas particularidades,

determinadas por las características fisiológicas de este órgano, que lodistingue de la metanogénesis en otros hábitat (Zinder 1992). Las bacteriasmetanogénicas ruminales forman parte de un consorcio de microorganismos,que llevan a cabo la degradación de los alimentos, utilizando los productosfinales de la hidrólisis de los polímeros para la formación de metano.

Formación de metano

El mecanismo exacto para la formación de metano no ha sido determinadopero es objeto de intensas investigaciones. Evidentemente, esta es una víametabólica única, en la cual el paso principal en el aporte de energía esta

asociado a la reducción del grupo metilo a metano. Todos los metanógenoscomparten estas reacciones bioquímicas, aunque los electrones para el pasoreductivo pueden ser obtenidos por la oxidación de H2, formiato, metanol,metilaminas o acetato, en dependencia del sustrato y las especies (Mackie etal. 1992).

La reducción del dióxido de carbono ocurre por un nuevo ciclo en el que elgrupo C1 es pasado, unido a una coenzima, mientras que éste se reducesecuencialmente a través de etapas formil, metenil, metilen y metil a metano. Elprimer producto estable de la fijación de CO2 es el formil-metanofurano (CHO-MFR). El grupo formilo se transfiere entonces, por la formil-metanofurano:tetrahidrometanopterina formiltransferasa a latetrahidrometanopterina (H4MPT), una pterina única de los metanógenos. El



51

hecho de que el metanofurano y la tetrahidrometanopterina sirvieran comotransportadores de grupo C1 en la reducción del CO2, fue sugerido por Jones etal . (1987). El grupo formilo se convierte próximamente a grupo metenil por laenzima 5,10-metenil-tetrahidrometanopterina ciclohidrolasa. El deazaflavin,coenzima F420, reducido, dona los electrones para la reducción del doble enlace

del grupo metenil, formándose un grupo metilen en una reacción catalizada porla enzima metilen-tetrahidrometanopterina:coenzima F420 oxireductasa. Elgrupo metilen se transforma a metil. Seguidamente el grupo metilo se transfierea la CoM y finalmente tiene lugar la reducción de la metil-CoM a metano,reacción que cataliza la enzima metil CoM reductasa (Mackie et al. 1992 yThauer et al . 1993). La reacción terminal resulta en la activación de la síntesisdel formil MFR y completa el ciclo (Mackie et al. 1992).

Producc ión de metano en el rumen

La principal diferencia entre la producción de metano en el rumen y otros

sistemas anaerobios es que los rumiantes degluten suficiente saliva y agua, deforma tal, que el tiempo de retención es menor de un día. Este corto tiempo deretención no permite el crecimiento de organismos consumidores de ácido decrecimiento lento: acetogenos productores de H2 (oxidan sustratos comoetanol, butirato o propionato y disponen de electrones por reducción de H+ aH2) y metanógenos acetotróficos (metanógenos capaces de descarboxilaracetato a CH4 y CO2). Por tanto, los ácidos grasos de cadena corta como elacetato, propionato y butirato, no se utilizan como sustrato para lametanogénesis ruminal (Zinder 1992). Estos compuestos son absorbidos comonutrientes por el animal.

Como consecuencia de lo anterior, en el rumen, la mayoría del metano sesintetiza a partir de H2 y CO2, otros sustratos potenciales pueden ser formiato,metilaminas y metanol de la demetilación de polímeros de plantas (Zinder1992, Mackie et al. 1992). Para muchas bacterias metanogénicas el H2 y CO2 son los únicos sustratos que pueden utilizar. El H2 que los metanógenos usanen la naturaleza, es generalmente un producto del metabolismo de la materiaorgánica de otros anaerobios incluyendo bacterias, hongos y protozoos.Cultivos puros de estos microorganismos producen H2 de la oxidación depiruvato a acetil-CoA y CO2. El formiato se considera un transportador esencialde electrones. Estos electrones se separan del formiato por la enzima formiato

deshidrogenasa y se usan para reducir CO2 a CH4 (Zinder 1992):HCOOH → CO2 + 2H+ 4 H2 + HCO3- + H+ → CH4 + 3H2O

Sin embargo, no es sorprendente que muchos de los metanógenos que utilizanH2 para reducir CO2 a CH4 pueden también utilizar formiato y entonces crecenen tasas similares en los dos sustratos. El formiato se forma como producto dela fermentación por varios anaerobios facultativos como Escherichia coli quedesdobla el piruvato en acetil CoA y formiato, aunque este último se convierteen ocasiones en H2 y CO2 por la formiato hidrógeno liasa (Zinder 1992).



52

Las bacterias metanogénicas del género Methanosarcina, pueden utilizar elmetanol y las metilaminas como sustratos para la metanogénesis. El metanolproviene de la demetilación de azúcares metiladas como la pectina y otroscompuestos como los fenoles metilados, componentes de la lignina. Lasmetilaminas son más comunes en los sistemas naturales (Zinder 1992).

La conversión anaeróbica de materia orgánica a CH4, en el rumen involucra unconsorcio de microorganismos donde los metanógenos intervienen en el pasofinal. Primeramente las bacterias, hongos y protozoos hidrolizan las proteínas,polisacáridos y lípidos para producir aminoácidos y azúcares, y fermentanestos últimos a ácidos grasos de cadena corta, H2 y CO2. El CH4 se formaentonces por los metanógenos ruminales, usando H2 (80 %) y el formiato (18%) como sustratos (Bryant 1979 y Demeyer y Fievez 2000).

La producción de metano en el rumen tiene un efecto significativo en losproductos finales de la fermentación. Las bajas presiones parciales de

hidrógeno creadas por los metanógenos causan un cambio termodinámico enla producción de este elemento por los microorganismos fermentativos en unproceso de transferencia interespecífica de hidrógeno lo que resulta en laproducción de H2 y acetato como principales intermediarios del consorcio(Bryant 1979, Russell y Wallace 1988). Sin embargo cuando lasconcentraciones de hidrógeno se incrementan producto de un acortamiento enel tiempo de retención (incrementando la tasa de dilución) o sobrecargando elsistema con materia orgánica de fácil degradación, los electrones del NADHgenerados en la fermentación se utilizan en el catabolismo del piruvato aproductos reducidos especialmente propionato más que acetato, CO2 y H2. Seincrementan también el ácido butírico, el valérico y el caproico, y en casos másextremos, se puede ver una formación significativa de otros productosreducidos como etanol y lactato. En un sistema metanogénico que operaeficientemente, en el cual las presiones parciales de H2 se mantienen a muybajos niveles, la mayoría de los carbohidratos se fermentan vía formación deacetato, CO2 y H2 y sin mayores producciones de otros ácidos grasos (Wolin yMiller 1988). Un ejemplo de los anterior lo constituye la influencia de losmetanógenos en la fermentación de la celulosa por Ruminococcus albus. Estabacteria produce etanol, acetato, H2, CO2 y en ocasiones formiato, en cultivopuro; sin embargo, en el rumen al crecer junto a metanógenos que utilizanrápidamente el H2, no se produce etanol (Wolin y Millar 1988).

Los metanógenos pueden establecer una relación mutualista con protozoosanaerobios, muchos de estos últimos producen H2 como producto final delmetabolismo y contienen organelos llamados hidrogenosomas, los cualesconvierten piruvato a acetil CoA, CO2 y H2. Esta simbiosis se descubriómediante microscopía de fluorescencia. Muchos metanógenos contienen altascantidades del transportador de electrones fluorescente, cofactor F420, quecausa la fluorescencia azul verdosa de las células cuando se iluminan con luzcercana a los 420 nm, al observarse bajo un microscopio epifluorescente. Lasbacterias azul-verdosas fluorescentes, es decir metanógenos, pueden apareceradheridos a la superficie de los protozoos del rumen o en su interior como

endosimbionte. En algunos casos, el endosimbionte metanógeno ha sidoaislado del protozoo, confirmándose su identidad. Se cree que la interacción



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entre los protozoos y los metanógenos se parece a la transferencia deelectrones interespecie, ya que permite al protozoo disponer de sus electronescomo H2 (Zinder 1992).

Con tro l de la metanogénes is rum inal

Más del 10% de la energía bruta en el alimento se pierde en forma de metano. Además la producción de metano por los microorganismos del rumen esestimada en 300-600 L al año en ganado adulto, lo que representaaproximadamente 80 000 000 T al año (Jouany 1994) y representa alrededordel 23% de la producción de metano total. Este gas es uno de los que máscontribuye al efecto invernadero, siendo responsable del 18% del fenómeno(Johnson et al. 1991). Por estas razones muchas investigaciones se dirigen aencontrar vías para reducir la emisión de metano por los rumiantes.

En los rumiantes la producción de metano se afecta por una variedad defactores dietarios y microbianos. Se conoce que muchos agentes químicos soncapaces de inhibir la producción de metano (Itabashi et al ., 2000). Variosautores han probado la adición de compuestos halogenados homólogos delmetano, y han resultado efectivos. Entre estos compuestos se encuentran elhidrato de cloral (1-4 g/d/carnero), los derivados de ácido 2,4-bis(triclorometil)benzo[1,3]dioxin-6-carboxílicos, que han sido reportados comopotentes inhibidores de metano (Davies et al. 1982). Otro inhibidor muyespecífico es el ácido 2-bromoetanosulfónico (BES), un sustituto de lacoenzima F (Wolfe 1982 y Martin y Macy 1985). En la década del noventa seencontró un nuevo compuesto, un complejo de bromo-clorometano y α-ciclodextrina, que inhibía la producción de metano en el rumensignificativamente (Itabashi et al . 2000). Algunos de estos productos han sidoempleados en animales en producción. Se observaron efectos beneficiososcuando se alimentaron los animales con dietas ricas en forrajes, que producengrandes cantidades de metano (Davies 1982). Los microorganismos del rumense pueden adaptar a estos aditivos, los cuales son capaces de degradardespués de alrededor de un mes de tratamiento (Chalupa 1980). Solo elcloroformo es capaz de resistir, pero por otras razones (volatilidad, toxicidad),es difícil de usar.

En Cuba se han desarrollado estudios con la inclusión de BES. En los mismosse ha demostrado que no se produce efectos en la población de bacteriasviables totales, celulolíticas y protozoos del rumen. (Tabla 22)

Tabla 22. Efecto del BES en la población de microorganismos del rumen

Indicador Conteos EE ± Signif

alfalfa Alfalfa + BESBacterias viables totales,

1011 ufc/ml2.30

(10.47)2.24

(10.42)0.19

Bacterias celulolíticas, 106

(ufc/ml)3.34

(34.85)2.65

(15.33)0.22





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presión parcial de hidrógeno, lo que posibilita que la fermentación continúe(Russell y Martin 1984, Hino y Russell 1985). Cuando se acumula hidrógeno, laformación de H2 a partir de NADH es inhibida; el NADH formado durante laglicólisis no puede reoxidarse y consecuentemente se afectan los procesosfermentativos. Esto explica la baja desaminación de aminoácidos, en particular

aquellos de cadena ramificada, que se observa cuando se inhibe la producción demetano (Hino y Russell 1985). Así, en la mayoría de los casos, la inhibición demetano se acompaña frecuentemente por un incremento en la producción depropionato y butirato.

También los lípidos han sido considerados por algunos autores como inhibidoresde metano (Jouany 1994 y McAllister et al. 1996). La adición de grandescantidades de lípidos a la dieta (más del 10%) disminuye la producción demetano asociado a una disminución del porciento molar de acético y butírico y unaumento en la proporción de propiónico (Jouany 1994). Esta adición de grasas oaceites, además de incorporar energía, tienen efecto tóxico sobre las bacterias

metanogénicas y con este fin se pueden utilizar aceite de coco, de canola (Gil2004). La adición de 6.7 % de aceite de linaza a la dieta de carneros produjo eldoble de propionato (en base al porciento molar) en la mezcla de AGV (Ikwuegbuy Sutton 1982). Correlativamente, la producción de metano decrecegrandemente. Czerkawski et al . (1966) notaron una disminución de 25% enmetano después de 5% suplementación de aceite de linaza en la dieta decarneros.

Otras sustancias muy utilizadas en los últimos años, en la inhibición de lametanogénesis, son los antibióticos ionóforos (Dong et al. 1999, Bagg et al. 2000y Buchko et al. 2000). Estos compuestos incrementan significativamente laproducción de propionato (+ 25% de la proporción molar de propionato) aexpensas de la producción de acetato y butirato (Jouany 1994) y disminuyen laliberación de hidrógeno de ciertos compuestos como el formiato (Gil 2004). Encorrelación, disminuyen la producción de metano. Dentro de los ionóforos se hanpuesto en práctica especialmente el monensín y el lasalocid. El primero es unantibiótico polieter carboxílico producido por Streptomyces cinnamonesis. Además de incrementar la proporción molar de de propionato en el rumen, estecompuesto, es capaz de inhibir el crecimiento de bacterias metanogénicas (VanNevel y Demeyer 1988). Galindo et al . (2003) encontraron que la inclusión demonensín, en tres dietas diferentes, redujo la concentración de metano en el

líquido de rumen y la población de bacterias metanogénicas y celulolítica. Estosautores no encontraron modificaciones significativas en el patrón de fermentaciónruminal ni en la relación acético-propiónico. Sin embargo, la respuesta almonensín es contradictoria, lo que limita su aplicación. La adición de esteantibiótico reduce la población de bacterias celulolíticas en el rumen de losanimales, así como la degradabilidad de la materia orgánica, la celulosa y lahemicelulosa (Dong et al . 1999). El lasalocid es otro ionóforo carboxílicoproducido por Streptomyces lasaliensis, en experimentos in vitro incrementó laproducción de propionato y disminuyó la producción de metano (Van Nevel yDemeyer 1988). De manera general, estos antibióticos no son de larga duración,posiblemente por aparición de resistencia en las bacterias metanogénicas. Habría

que rotar entre distintas drogas ionóforas (Gil 2004).



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Los antibióticos ionóforos, constituyen aditivos que se utilizan con el fin demanipular la fermentación microbiana ruminal. Entre ellos el Monensín es uno delos más conocidos y se utilizó, primeramente, como un coccidiostático en avesde corral. Provee un beneficio económico desde el punto de vista de la eficienciade alimentación y propicia una mejora del 7.5.

Se ha identificado que otros ionóforos proveen beneficios similares, entre ellos,Lasalocid, Salinomicin, Lisocelin, Narasin, Tetronasin, y Ovoparcin. El modo deacción de estos compuestos provocó mucho interés e investigación y latoxicidad surge de su capacidad de traslocar iones a través de membranasbiológicas y consecuentemente desorganiza los gradientes iónicos a través delas membranas.

No todos los microorganismos se afectan por la acción de los ionóforos. Así porejemplo, el Monensín y otros similares inhiben a las bacterias Gram positivas (+)más que a las bacterias Gram negativas (-). Esta selectividad es el principal

efecto que permite su utilización para manipular, y depende de la permeabilidadde la envoltura celular o pared celular y otra membrana exterior en las bacteriasGram negativas y pared celular en las bacterias Gram positivas.

El efecto de los ionóforos en la fermentación, consiste en producir cambios enla estequiometría de la fermentación y el flujo de proteína del rumen, comoconsecuencia directa de la acción selectiva sobre determinadosmicroorganismos. Algunos autores han sugerido que se producen cambios en latasa de producción de propionato y que su efecto en la digestión intestinal fuemenor. No obstante, se han encontrado cambios en la concentración plasmáticade glucosa posterior a la infusión de monensín en el duodeno, lo cual deninguna manera se puede atribuir a las alteraciones ruminales en los perfiles de AGCC. Es bien conocido que este antibiótico afecta la célula del mamífero asícomo a la membrana microbiana.

El antibiótico Ovoparcín, tiene un espectro similar de actividad antibacterial perodestruye células sensibles debido al bloqueo en la síntesis de pared celular. Porlo tanto, la toxicidad y selectividad son mecanismos diferentes, aunque ambostienen una gran eficacia.

Los protozoarios y los hongos son también sensibles a los ionóforos en diferentesgrados pero no se han dilucidado los mecanismos de acción.

Galindo et al, (2004b) al utilizar Monensín para manipular la población debacterias metanogénicas, celulolíticas y reducir la metanogénesis ruminal inv i t ro en tres sistemas ecológicos ruminales, encontraron que se reducía laconcentración de metano en el líquido de rumen cuando se incluyó a razón de1.33 µg/l. La población de bacterias metanogénicas se redujo a ½ de lapoblación inicial y las celulolíticas entre 3 y 5 veces para las dietas de cañabiofermentada (Saccharina) y forraje de pasto estrella, respectivamente. (tabla23). En éstos trabajos se halló que el monensín redujo la actividad específicade las enzimas celulasas en el rumen, desde 0.2 x 10-2 a 0.09 x 10-2 unidades deactividad/ mg de proteína, así como la producción de metano en le rumen (tabla

24).



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Tabla 23. Efecto del Monensín en la población de bacterias viables totales,celulolíticas y metanogénicas del rumen

TratamientosBacterias totalesviables, 10-9ufc/ml

Bacteriasmetanogénicas,

10-6/ml

Bacteriascelulolíticas

10-6/mlSaccharina + monensín 3.03 2.08 0.66Forraje + monensín 2.94 2.03 0.89 Almidón + monensín 4.53 2.29 0.44Saccharina 3.82 3.92 3.33Forraje 3.94 4.48 3.11 Almidón 5.87 4.09 0.78Fuente: Galindo et al, (2004)

Tabla 24. Efecto del Monensín en la cantidad de metano producido en elrumen

Medida S+M F+M A +M S F AVolumen de CH4 producido, ml 8.93d 4.49e 3.66e 48.34a 35.0b 15.62c

Producción de CH4(moles x 10-3) 0.35d 0.18e 0.14e 1.9 a 1.4 b 0.62 c Pérdidas ( CH4/ Energía Total,%) 0.49 d 0.26e 0.21e 2.65 a 2.10 b 0.89 c

Se conoce que diferentes bacterias metanogénicas, tales comoMethanobacterium bryantii, Methanobacterium formicicum y Metanosarcina

barkeri , son Gram +. Al respecto, Buchko, et al, (2000) efectuaron un estudioacerca de la super vivencia de Escherichia coli , bacteria Gram – cuando sesuplementa con 0, 5, 15, 25 o 50 mg/l de monensín y demostraron que la cepa ATCC25992 es resistente, mientras que una cepa nativa solamente es sensible adosis de 50 mg/l después de 24 horas de fermentación. Esto indica su efectoselectivo al tiempo que orienta hacia la búsqueda de niveles adecuados.

Por otra parte, se conoce que numerosas bacterias celulolíticas, tales comoRuminococcus albus, Ruminococcus flavefaciens, Clostridium cellobiosparum,Clostridium lockheadii y Micromonospora ruminantium son Gram +. Es posibleque el monensín ejerza efecto depresivo sobre estos grupos microbianos, por lo

que la población de bacterias celulolíticas es menor cuando el mismo se utilizacomo aditivo.

Algunos autores han estudiado el efecto de la adición de ácido fumárico en laproducción de metano (Asanuma et al. 1998 y Itabashi et al . 2000). Itabashi et al .(2000) demostraron que la suplementación con 2% de ácido fumárico disminuyóla emisión de metano e incrementó la proporción molar de propiónico. Estosautores no encontraron afectaciones en los conteos de protozoo, lasconcentraciones de amonio y la digestibilidad aparente de la fibra. En unsegundo experimento con una dieta diferente, la producción de metano se redujoen sólo un 3%. Esto sugiere que el ácido fumárico puede ser un aceptor deelectrones alternativo, que causa disminución en la producción de metano y



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aumento en la producción de propionato, y que esto depende de las condicionesdietarias.

Los compuestos pertenecientes a la familia de los diariliodonio que inhiben laproteolisis o la deaminación ruminal, pueden también, causar una disminución en

la metanogénesis durante la fermentación de la proteína sin cambiar lasproporciones de propionato (Chalupa et al . 1983). Con la adición de estassustancias la concentración de hidrógeno libre no cambia, por lo que se piensaque actúen en los precursores de metano más que en las bacteriasmetanogénicas.

La adición de compuestos químicos para reducir la metanogénesis, a pesar de susefectos demostrados tanto en condiciones in vitro como in vivo y de su empleo anivel global, no resulta una práctica económicamente viable en países endesarrollo. En estos casos es más apropiado utilizar la suplementación estratégicay prácticas de manejo dirigidas a desviar la fermentación hacia la producción de

propionato sin afectar la producción de los rumiantes. Las investigacionesdesarrolladas en este campo confirman que los ácidos grasos libres,particularmente los insaturados de cadena larga, inhiben la metanogénesis. Porotro lado, las prácticas de alimentación que aumenten el consumo y la velocidad dedigestión o acorten la estancia de los alimentos en el rumen disminuyen laproducción de metano por unidad de forraje digerido. La utilización de sustanciascon poder defaunante puede ser otra vía de disminuir los metanógenos, ya queéstos se adhieren directamente a los protozoos y cohabitan simbióticamente, loque facilita la transferencia de H2 entre especies (Moss 1992, Mc Allister et al. 1996)

Manipulación de la dieta para controlar la metanogénesis ruminal

Los métodos que se han utilizado para el control de la producción de metanoen el rumen no se ajustan, desde el punto de vista económico, a lascondiciones actuales de explotación ganadera en Cuba. Por ello se ha hechonecesario la búsqueda de métodos más sencillos y adaptados a lascondiciones de que se dispone. El empleo de una estrategia de suplementacióncon productos activadores de la población microbiana ruminal, que reduzcanlas poblaciones de metanógenos ha resultado viable. En tal sentido Galindo etal (2005) evaluaron el efecto de incluir 0, 20, 25 y 30% de un activador con

núcleo activo de Leucaena leucocephala como suplemento de una dieta básicade pasto estrella (Cynodon nlenfuensis).

Encontraron que el activador incrementó la población de bacterias celulolíticasen relación al tratamiento control sin suplementar y la mejor respuesta seobservó cuando se utilizó 20 y 30% del mismo en la dieta (Tabla25 ). Por suparte, los hongos celulolíticos incrementaron su población cuando se incluyó elactivador en todas las variantes empleadas, sin diferencias entre las mismas



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Tabla 25. Efecto del nivel de activador de la fermentación microbianaruminal en la población de bacterias viables total y organismoscelulolíticos en dietas fibrosas de baja calidad

Indicador 0 20 25 30 EE ±Bacterias viables totales, 1012 ufc/ml

3.00bc 3.75a 3.24b 2.93c 0.30*

Bacterias celulolíticas, 107 ufc/ml

1.96c 2.67a 2.52b 2.64a 0.16**

Hongos celulolíticos, 105 uft/ml 0.73b 1.25a 1.33a 1.50a 0.21*

Ufc- unidades formadoras de colonias, uft- unidades formadoras de taloDatos transformados según Ln X, a, b, c medias con letras diferentes dentro de la

misma fila, difieren a p<0.05 (Duncan, 1955)

La figura 9 muestra el efecto del producto activador de la fermentación microbianaruminal en la población de bacterias metanogénicas ruminales. El nivel de inclusiónde 20% del activador no produjo modificaciones en la población de bacteriasmetanogénicas. Sin embargo, valores de inclusión de 25 y 30%, reducen de manerasignificativa el número total de metanógenos en el rumen. Los valores de las mediasde bacterias metanogénicas fueron de 34.46; 33.44; 16.11 y 12.93 x 107 ufc/mL para

los tratamientos con 0, 20, 25 Y 30% de activador, respectivamente

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

BacteriasM

etanogénicas,Ln

1 2 3 4

Nivel del Activador, %

Figura 9. Efecto del nivel de un producto activador de la fermentaciónmicrobiana en la población de bacterias metanogénicas ruminales (Ln)

0 20 25 30



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En la tabla 26 se presenta el efecto del nivel del activador de la fermentaciónmicrobiana ruminal y el tiempo de fermentación en la población de protozoostotales del rumen. Las poblaciones de estos grupos microbianos se encontraronentre 1.50 -6.00 x 105 células/mL en el rumen bajo las condiciones experimentales

desarrolladas.

Antes de iniciar la fermentación (hora 0), se encontraron las mayores poblacionesde protozoos en el tratamiento control y aquél en el cual se incluyó 20% delactivador (5.13 y 6.00 x 105 células/mL, respectivamente). Con la inclusión de 25 y30% del suplemento se observó, casi de manera inmediata decrecimientos en laspoblaciones de infusorios. Este decrecimiento se mantuvo en igual magnitud entodos los muestreos correspondientes a los diferentes tiempos después deiniciada la fermentación y con todos los tratamientos, lo que pudiera indicar quelas condiciones de cultivo in vitro que se emplearon, deprimen esta poblaciónmicrobiana independientemente a la dieta experimental. Sin embargo, a las 12

horas con los niveles de inclusión de 25 y 30% se observó una recuperación.

Tabla 26. Efecto del nivel de activador y el tiempo de fermentación en la poblaciónde protozoos del rumen en dietas fibrosas de baja calidad 105 células/mL)

nivel de activador

Tiempo, h

0 20 25 30 EE ±

0 1.48cd 1.82 d 0.18 a 0.98 abcd

0.27**4 1.04 abcd 0.47 ab 0.50 ab 0.63 abc

8 0.65 abc 0.71 abc 0.61 abc 0.94 abc

12 0.32 a 0.79 abc 1.26 bcd 0.84 abc

Datos transformados según Ln X, a, b, c medias con letras diferentes, difieren ap<0.05 (Duncan, 1955)

Los resultados que se obtuvieron en este trabajo demuestran que es posible

utilizar técnicas manipuladoras de la fermentación microbiana ruminal con elpropósito de modificar las poblaciones microbiana, entre ellas la de metanógenosy que no se comprometa la microbiota responsable de fermentar la fibra ycoincide con reportes de Chung (1972, 1976); Dowson y Boling (1984) los queindicaron la existencia de interrelaciones entre las bacterias celulolíticas y lasmetanogénicas al nivel del rumen. Al respecto, Galindo (2001) señaló que lafermentación completa de la celulosa hasta productos asimilables por losanimales, se efectúa por una población mixta integrada por microorganismoscelulolíticos puros; especies microbianas que fermentan los glúcidos producidospor la hidrólisis de la celulosa; especies que degradan los compuestos comoácido succínico y ácido fórmico y bacterias metanogénicas. Estas utilizan el

hidrogeno metabólico o el formiato para la producción de CH4.





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proteína para su mantenimiento. Esta práctica causa un incremento en el númerototal de bacterias y hongos en el rumen porque los protozoos engolfan bacteriasy zoosporas de hongos, las que utilizan como fuente de nitrógeno y ácidosnucleicos. Los niveles de amoniaco ruminal disminuyen con la defaunación y laactividad deaminasa de la población microbiana se incrementa en presencia de

los protozoos.

Se ha podido conocer que la cantidad de bacterias que puede engolfar unprotozoo se encuentra en el rango de 130 a 21200 bacteria/protozoo/hora parauna densidad poblacional de 109 células/ml. Esto equivale a calcular que losprotozoos son capaces de consumir aproximadamente entre 2.4-45 g debacterias /día.

Los estudios que se han realizado acerca de las interacciones microbianas en elecosistema ruminal, han evidenciado que los protozoos ruminales ejercen suefecto depredador sobre las poblaciones de bacterias en forma selectiva. De ésta

forma, por ejemplo, los pertenecientes al género Entodinium y otras especies deprotozoos de gran tamaño consumen, preferentemente, bacterias celulolíticas apH ruminales cercanos a 6.

Los protozoos, también ejercen efecto depredador sobre las zoosporas de loshongos celulolíticos del rumen, las utilizan como una fuente adicional de proteínapara sus procesos metabólicos lo que reduce, notablemente, la población dehongos. Este grupo microbiano es de gran importancia, debido a que esresponsable de aproximadamente el 60% de degradación de las paredescelulares de los vegetales, lo que se sustenta en que pueden penetrar a través delos poros y áreas dañadas a lugares que son inaccesibles a las bacterias, comoresultado de que colonizan y segregan una potente maquinaria enzimática.

Esta información posibilita comprender que cualquier factor que deprima lapoblación de protozoos puede propiciar incrementos en la población de bacteriascelulolíticas así como en los hongos celulolíticos ruminales, y como resultado, sedebe esperar una mayor degradación de la fracción fibrosa por los rumiantes.

Se han utilizado varios métodos con fines defaunantes, pero en general, hanresultado muy costosos. La utilización de plantas como árboles y arbustos deleguminosas se presenta como un método promisorio para la manipulación de la

población protozoaria. Estos vegetales presentan en su composición químicametabolitos secundarios, los que constituyen una forma de defensa de losmismos a las condiciones de estrés ambiental.

La importancia del empleo de diferentes plantas como estrategia para manipularla población protozoaria ruminal e incrementar selectivamente otros gruposmicrobianos, fundamentalmente los celulolíticos quedó comprobado los trabajosque se presentan. La magnitud de la reducción en la población total de protozoosestá comprendida entre 4 y 17.79 veces con relación a los animales que noreciben árboles y arbustos de leguminosas como suplemento, lo cual es de

significación. Es evidente que la reducción en la población protozoaria produce



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incrementos en la población total de bacterias y en las especies de organismoscelulolíticos.

La reducción en la población de protozoos que producen éstas plantas al nivel derumen, reviste una gran importancia desde el punto de vista de vista que

posibilitan una mejor eficiencia de utilización de los alimentos ya que se mejora larelación energía / proteína.

En estos trabajos se demostró que la población de protozoos y el número dezoosporas de hongos se encuentran inversamente correlacionadas y la ecuaciónque relaciona éstas actividades es la siguiente: Y= 0.8210 –3.415 X + 4.311 X2;R2=0.7***

Para ilustrar las aseveraciones anteriormente señaladas, se presenta acontinuación y en forma muy resumida la información que se obtuvo al evaluarel efecto de diferentes plantas en la ecología microbiana del rumen.

Gliricidia sepium

La suplementación con 15 y 30 % de la MS como G. sepium en la dieta pararumiantes, produce un marcado efecto defaunante, al tiempo que propicia una

mayor población de bacterias y hongos celulolíticos ruminales, lo cual puedeincrementar la celulolisis ruminal, la degradación de la fracción fibrosa y,consecuentemente, el consumo de los animales (tabla 27 ).

Tabla 27. Efecto de 15 y 30 % de Glir ic idia sepium en la poblaciónmicrobiana y parámetros fermentativos

Nivel de G. sepium medidas 0 15 30 EE±Bacterias viables totales, 1011ufc/ml 70.791 79.43 26.92 0.42Bacterias celulolíticas, 106 ufc/ml 6.31a 7.94a 13.90b 0.14*



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Hongos celulolíticos, 106uft/ml 7.41a 8.34a 15.53b 0.29*Protozoos, 105 cel/ml 45.71c 11.22b 2.57a 0.09*** AGCC, mmol/ml 101.89 103.64 110.42 5.04 Ácido acético, mmol/ml 74.99 78.08 82.40 3.86 Ácido propiónico, mmol/ml 12.23 16.36 13.68 2.11

Ácido butírico 9.61 9.20 10.76 0.72Fuente: Galindo et al 2004

Entero lobium cyc locarpum

Esta planta produce incrementos en la población de hongos celulolíticosruminales cuando se incluyó a razón de 15 y 20 % del consumo de MS. Elnúmero y la actividad de organismos celulolíticos totales y bacterias viablestotales, son mayores cuando se suplementa con esta planta, aunque la mismano ejerce efectos defaunantes, al menos, bajo las condiciones experimentales enque se desarrollaron las investigaciones (tabla 28).

Tabla 28. Efecto de Entero lobium cy c locarpum en la población microbianaruminal

medidas Nivel de E. cyclocarpum 0 15 30

Bacterias viables totales, 1011ufc/ml 18.7b 24.9a 24.9a

Bacterias celulolíticas, 106 ufc/ml 4.5 9.1 7.9Hongos celulolíticos, 106uft/ml 5.3b 12.3a 13.2a

Protozoos, 105 cel/ml 3.9 3.6 4.9Fuente: Galindo et al 2003



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Sapindus saponaria

La inclusión de Sapindus saponaria a razón de 2.5; 5 y 10 % de la MS, paraevaluar su efecto como posible planta defaunante, produjo una reducción

significativa en los protozoos (tabla 29). Las especies protozoarias que másfuertemente se afectaron por la presencia de esta planta fueron Ostracodiniumobtusum y Dasytricha ruminantium. Polyplastrom multivesiculatum reduce supoblación a 1/3 de la original. La suplementación con esta planta activa lapoblación de hongos celulolíticos viables, los que duplican su representación apartir del nivel de inclusión de 5 %. Igual comportamiento presentaron laszoosporas de los referidos hongos. (Tabla 30)

Tabla 29. Efecto de Sapindus saponaria en la población de protozoosruminales

medidas Nivel de S. saponaria 0 2.5 5 10

Protozoos totales, 10 6 cel/ml 7.2 5.4 4.5 3.8

Ophryoscolex purkynei , 10 5cel/ml 0.6 0.8 1.1 0.4Eremoplastrom sp,10 5cel/ml 0.4 0.2 0.6 0.9Eudiplodinium magii ,10 5 cel/ml 0.0 0.2 0.5 0.2Ostracodinium obtusum,10 5 cel/ml 1.2 0.8 0.1 0.6Entodinium sp,10 5 cel/ml 3.5 3.5 2.3 2.0Diplodinium sp 10 5 cel/ml 3.6 3.0 3.6 4.4Dasytricha ruminantium, 10 5 cel/ml 1.1 0.0 0.0 0.0Polyplastrom multivesiculatum,10 5 cel/ml 1.2 0.4 0.8 0.3Fuente: Galindo et al 2001

Tabla 30. Efecto de la hoja de Sapindus saponar ia en la población debacterias viables totales y organismos celulolíticos ruminales

medidas Nivel de S. saponaria

0 2.5 5 10Bacterias viables totales, 1011ufc/ml 19.1 21.9 30.9 1.4Bacterias celulolíticas, 106 ufc/ml 5.5 4.5 3.0 0.7Hongos celulolíticos, 106uft/ml 4.9 5.7 11.2 11.8Zoosporas de hongos, 105cel/ml 17.8 21.4 27.5 30.2Fuente: Galindo et al 2001

Styzolobium aterr imum y Arachis pinto i

S. aterrimun es otra de las plantas que ejerce efecto depresivo en la poblaciónde protozoos en el rumen. La inclusión de esta leguminosa redujo la poblaciónde protozoos ruminales en la misma magnitud en que se incrementó suparticipación en la dieta desde 0 hasta 40% de la MS. Sin embargo, también



66

ocasiona una reducción en las bacterias celulolíticas, aspecto éste que indica lapresencia de algún metabolito tóxico a este grupo microbiano y permiterecomendar que se tenga precaución en su uso, al menos, con nivelessuperiores a 20 % de inclusión.

Styzolobium aterrimum

Arachis pintoii o maní forrajero, por su parte también se utilizó en la dieta para

rumiantes a razón de 0, 20 y 40 % y no produjo modificaciones en lapoblación y actividad de las bacterias ruminales. Esta planta no tiene unainfluencia en las poblaciones de bacterias viables totales, proteolíticas ycelulolíticas (tabla 31).

Arachis pintoi

Tabla 31. Efecto del consumo de S. aterrimum y A. pintoi en la poblaciónprotozoaria y organismos celulolíticos ruminales



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Medida M. aterrimum A. pintoi

0 20 40 0 20 40B. celulolítica, 107ufc/ml 35.5 24.6 10.2 4.4 4.2 4.6

Hongos, 107ufc/ml 5.8 9.3 18.6 83.9 37.8 98.8

Protozoos, 106 n/ml 33.4 15.7 11.2 8.0 9.3 10.1

Entre los metabolitos secundarios que se han indicado que pueden ejercerpoder reductor de la población protozoaria se encuentran los polifenoles totales,taninos condensados y las saponinas. Galindo et al (2000; 2001ª y 2001b)informaron el efecto de Leucaena leucocephala, Enterolobium cyclocarpum,Gliricidia sepium, Sapindus saponaria y otras plantas con estos propósitos. En

otro grupo de trabajos se encontró que los taninos condensados, aislados apartir de hojas y pecíolos en Leucaena leucocephala ejercían efecto depresivoen la población total de protozoos del rumen y que tanto los protozoosEntodiniomorfos como los Holotricos se modificaron en presencia de los taninoscondensados. La tabla 32 muestra el efecto que se describió con anterioridad.

Tabla 32. Efecto de taninos condensados en la población de protozoosruminales (106 células/ml)

Tratamientos/ Tiempo 0 2 4Protozoos totales

control 64.75 81.00 126.50taninos condensados 62.50 31.00 24.50

Entodin iomorfos

control 62.63 77.38 120.00

taninos condensados 60.50 29.63 23.63Holot r ichos





69

que bajo las condiciones edafoclimáticas de Cuba en el rumen existen bacteriasque fermentan a la mimosina y sus metabolitos tóxicos. Sin embargo, en otrospaíses como Australia los rumiantes carecen de las referidas bacterias.

El mayor contenido en mimosina DHP en Leucaena se encuentra en las hojas

tiernas, rebrotes, aspa también como en las flores, frutos y semillas

En la tabla 33 se presenta la información acerca de la presencia de bacterias quedegradan la mimosina, el 3,4- DHP y el 2,3-DHP en el rumen de bovinos, ovinos ycaprinos que se sometieron a diferentes sistemas de alimentación (Galindo et al1995)

Tabla 33. Población de bacterias que degradan la mimosina y el DHP endiferentes especies de rumiantes en Cuba

Animal Dieta mimosina 3,4- DHP 2,3-DHP DiluciónToro Forraje+ 30% Leucaena 24.0 24.0 3.6 105

Carnero Forraje+ Saccharina 1.67 1.67 1.5 105

Vaca Caña +50% Leucaena 7.0 40.0 17.0 106

Carnero Heno 1.67 2.0 - 105

Carnero Heno:Leucaena (80:20) 12.0 0.67 - 105



Cabra Pasto +50% Leucaena 2.1 1.8 3.0 106

Fuente: Galindo et al, (1995)

Esas razones justifican como el mejor ejemplo de la introducción exitosa debacterias que degradan el 3 - hidroxi - 4 (1H) - piridona (DHP), las experiencias quese obtuvieron con los rumiantes australianos. Antes de la inoculación, los animalesno se podían suplementar con Leucaena leucocephala porque experimentaban losefectos "goitrogénicos” del referido metabolito. Sin embargo, cuando los animalesse inocularon con el fluido ruminal de cabras adaptadas para consumir L.leucocephala, el DHP se pudo metabolizar en el rumen a ácidos grasos de cadena

corta, lo que evitó de esta forma la toxicidad por efectos de DHP. También son deinterés los informes de ciertas especies de microorganismos ruminales que se



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pueden utilizar para re- inocular el rumen y mejorar su función. Por ejemplo, laintroducción de Megasphaera elsdenii, intraruminalmente, disminuyó la acidosis conuna recuperación en el pH ruminal de bovinos en ceba a base de granos. Lainoculación de corderos con cultivos de hongos al rumen, Neocallimastix frontalis,mejoraron la función ruminal y se obtuvieron destetes precoces.

Uso de microorganismos viables

En la última década los nutricionistas han mostrado gran interés en una ampliavariedad de microorganismos, que añadidos en pequeñas cantidades a la dieta,mejoran la salud y la productividad de los animales.

El concepto original de utilizar microorganismos en la alimentación animal, abarcó laadministración de grandes cantidades de éstos a animales estresados. Esto sefundamentó en los estudios donde la inclusión de determinados microorganismosprevenía el establecimiento de patógenos o reestablecía la microbiota normal. Porello se les llamó probióticos. Este término no resultó adecuado debido a lasregulaciones gubernamentales de los Estados Unidos respecto a los productos conactividad curativa o terapéutica. Para evitar estas contradicciones, la Industriaalimenticia junto a la Administración de Alimentos y Medicamentos y elDepartamento de Agricultura en este país determinaron el nombre de “alimentacióndirecta con microorganismos” (DFM) para incluir los aditivos basados en cultivosmicrobianos, y además emitieron una lista de los microorganismos autorizados coneste fin (Blezinger, 2002). Es por todo lo anterior que se utilizan diferentes nombrespara identificar a los productos donde se emplean bacterias, hongos y levaduras queejercen un efecto beneficioso cuando se incluyen en la dieta animal.

La obtención de enzimas para lograr aditivos enzimáticos capaces de aumentar ladigestión ruminal, se probó también por varios investigadores (Morgani et al, 2000).Ésta constituye una importante alternativa ante la problemática de la liberación de unmicroorganismo recombinante en el rumen.

En Cuba no se habían realizado trabajos en este sentido y el uso de probióticos seha estudiado con mayor amplitud en especies monogástricas. En la actualidad sedesarrollan varios proyectos de investigación encaminados a determinar el efecto dela inclusión de microorganismos que actúen como activadores biológicos, en lapoblación microbiana ruminal, parámetros fermentativos y en la degradabilidad de la

fibra y la proteína.

Otro objetivo es obtener productos biológicos a partir de estos microorganismoscapaces de activar la fermentación microbiana ruminal en animales que consumendietas fibrosas de baja calidad y que sean económicamente factibles de utilizar bajolas condiciones productivas de nuestro país.

Se han definido dos microorganismos como los más promisorios con estos fines: lalevadura Saccharomyces cerevisiae y el hongo conidial Aspergillus oryzae. Laadición de estos microorganismos a la dieta de rumiantes: incrementa el consumovoluntario, el número de bacterias celulolíticas y bacterias totales, la concentración

de AGCC, el pH ruminal, disminuye la concentración de ácido láctico.



71

Al respecto, se ha demostrado que la inclusión de preparados microbiales con estosmicroorganismos incrementa la degradabilidad ruminal de la fibra detergente ácido(FDA) y el nitrógeno, incrementaban la producción de leche y mejoraba sucomposición.

En todos estos estudios tanto Saccharomyces cerevisiae como Aspergillus oryzae se adicionaron, individualmente, a la dieta. Existen pocos estudios donde secombinen ambos microorganismos, aunque se halló un efecto aditivo en ladigestibilidad de la materia seca, proteína bruta y la hemicelulosa cuando seincluyeron juntos.

En algunos países de América Latina, donde se ha utilizado la levaduraSaccharomyces cerevisiae como suplemento de las dietas fibrosas se hanencontrado alteraciones en los patrones de fermentación, mejoras en la eficienciade utilización y disponibilidad de los nutrientes.

Algunos de los efectos encontrados se han explicado por el incremento del

consumo del lactato por parte de Selenomonas ruminantium, hecho que provocauna estabilización del pH en niveles cercanos a la neutralidad que favorecen lapropagación de bacteria y por ende sus acciones fermentativas y esto implica a unincremento en la palatabilidad, el apetito y en el consumo de materia seca.

Acerca del empleo de Saccharomyces cerevisiae hay un consenso general, en laliteratura disponible, acerca de que se producen incrementos en las poblaciones debacterias viables totales (Figura 10), así como en la tasa de degradación de fibra enel rumen e incrementos en el flujo de proteína microbiana desde el rumen hacia elintestino delgado. No todas las bacterias del rumen se estimulan por la inclusión dela levadura. Estas observaciones pueden ayudar a explicar algunos de los efectos

que se han encontrado cuando se utiliza esta técnica de manipulación. Bajocondiciones in vivo las bacterias celulolíticas se incrementan en mayor proporción





73

Figura 11. Modelo que explica el incremento en la población microbianacomo el factor que determina los incrementos productivos cuando seutiliza levadura

La respuesta a la inclusión de levadura puede variar debido a otros factoresrelacionados con la dieta. Se ha observado que la respuesta productiva delganado alimentado con ensilaje de maíz tendió a ser mayor que aquélla donde seutilizaron dietas a base de ensilaje de pasto. En otro grupo de trabajos seencontró que la levadura estimuló la producción de leche en vacas queconsumieron dietas a base de alfalfa con trigo, pero no se observaron respuestascuando el trigo se sustituyó por el maíz.

Utilización de levaduras como activadoras de la fermentación ruminal

Desde 1924 Eckles et al, publicaron un informe acerca del uso de levaduras comoun suplemento alimenticio para vacas lactantes. La levadura de cervecería es lade mayor uso para estos fines, así también como fuente de proteína en las dietaspara rumiantes. La aplicación de bajos niveles de levadura (< 1% de la materiaseca de la dieta) a vacas lecheras recibió la atención por primera vez a partir delos hallazgos de Renz (1954). El autor informó que la inclusión de 50 g/d deuna levadura activa incrementó la producción de leche, mientras Beeson y Perry(1952), informaron un incremento en la ganancia diaria de peso de novillossuplementados con 8 g/d de levadura seca activa.

Viabilidadmicrobiana

Tasa de celulolisis Concentración denutrientesCondiciones ambientales del rumen (pH,CO2, temp, otros)Productos finales de la fermentaciónruminal

AUMENTODE LA

PRODUCTIVIDAD

Flujo de proteína microbiana



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La utilización de la levadura Saccharomyces cerevisiae como aditivo en dietasfibrosas produce modificaciones en los patrones de fermentación del rumen. Deesta forma, se hallaron mejoras en la eficiencia de utilización y disponibilidad delos nutrientes; aumentos en el número de bacterias celulolíticas; incrementos en elpH ruminal; disminución de la concentración de ácido láctico; incrementos en la

digestión ruminal de la MS, MO y FDN tanto in vivo como in vitro y en ladegradabilidad de FDA y el nitrógeno.

Se ha encontrado que S. cerevisiae estimula el desarrollo de las bacteriascelulolíticas en animales jóvenes y previene los desbalances microbianos que seproducen como resultado de los cambios de alimentación y se ha comparado elefecto de la utilización de esta levadura y monensina sódica en la poblaciónprotozoaria sin encontrar diferencias entre ellos.

Muchos son los trabajos donde se plantea que la adición de levadura afectó el

número y la composición de las poblaciones microbianas en el rumen. Sinembargo, en estudios con cultivos puros y en cultivos mixtos se concluye que notodas las especies de bacterias se estimulan como resultado de la inclusión delevaduras. Resultados similares se encontraron en la respuesta de losprotozoarios en el rumen a la inclusión de levaduras con efectos variables(estimulación o inhibición), posiblemente debido a la cepa de levadura que seemplea. Lo anterior demuestra una especificidad de acción de las cepas delevaduras en determinadas especies de microorganismos ruminales.

Ejemplo de lo anterior lo constituyen estudios in vivo, donde las bacteriascelulolíticas se incrementaron en mayor proporción que las bacterias totales, lo

que puede explicar el incremento que se halló en la digestibilidad de materia secay fibra detergente ácido en todo el tracto digestivo de animales que se alimentaroncon levaduras. Sin embargo se ha mostrado claramente que no todas lasbacterias celulolíticas se estimularon de igual manera. Así, la levadura estimuló elcrecimiento de Fibrobacter succinogenes pero no el de Ruminococcus albus.

Por otra parte, en algunos estudios, la levadura estimuló el crecimiento debacterias que utilizaban ácido láctico (Selenomonas ruminantium y Megasphaeraelsdenii), pero no de bacterias productoras de ácido láctico (Streptococcus bovis).Esto se confirmó en cultivos mixtos, donde la inclusión de levadura en simuladoresde fermentación ruminal (Rusitec) estimularon los números de S. ruminantium.

Lo anteriormente expuesto, constituye la causa de que la adición de levadurasesté en estrecha relación con las más bajas concentraciones de ácido láctico y lamás estable fermentación ruminal.

Mecanismos de acción

Existen diferentes hipótesis acerca de los mecanismos de acción que emplean laslevaduras para ejercer sus efectos en la digestión de los rumiantes. La mayorparte de las investigaciones dirigidas en este sentido, se han realizado con dietascon altos niveles de concentrado.



75

Dentro de los mecanismos propuestos se encuentra el abastecimiento, por partede las levaduras, de ácidos orgánicos o vitaminas que estimulan el crecimiento debacterias y hongos, y la producción de pequeños péptidos estimulantes.

Otro de los procesos que se estudiaron se relaciona con el consumo del oxígeno

libre en el rumen. Los autores plantean que en la composición de la fase gaseosadel rumen hasta el 1% puede ser oxígeno y que la adición de microorganismosaeróbicos produce un consumo de este gas y potencia la anaerobiosis ruminal.

Otros efectos que se encuentran, cuando se adicionan levaduras en dietas pararumiantes, se explican por la estimulación del crecimiento de Selenomonaruminantium. Esta bacteria consume lactato, lo que provoca una estabilización delpH en niveles cercanos a la neutralidad y favorece el crecimiento de las bacteriascelulolíticas y por ende de sus acciones fermentativas, lo cual conlleva a unincremento del apetito y el consumo de materia seca.

Por otra parte, existen estudios que plantean que la inclusión de levadurasproduce un reordenamiento del funcionamiento del rumen por la estimulación delas poblaciones acetogénicas que compiten con las metanogénicas por lautilización del hidrógeno. La reducción de la actividad de las bacteriasproductoras de metano y una estimulación en la formación de los AGCC modificanel metabolismo de la energía glucosídica de la masa microbiana yconsecuentemente de las proteínas digestibles. El uso de levaduras propone unaopción para disminuir las grandes pérdidas económicas que por este conceptoocurren a nivel mundial, así como la contaminación ambiental que este gasprovoca.

Sin embargo, la mayoría de los modelos se probaron de manera individual yaunque algunos autores intentaron evaluar de manera crítica los diferentesmecanismos de acción, hay una escasez de estudios comparativos, que permitancuantificar la importancia de cada uno de los procesos propuestos.

Factores que afectan la respuesta a la inclusión de levaduras

Si se consideran los resultados productivos o las características ruminales, esclaro que las respuestas a la adición de levadura son. Como se discutióanteriormente, parte de la variabilidad se relaciona con la dieta, que determina elpredominio de una población sobre otra en el rumen y por ende hay cambios en la

respuesta a la presencia de la levadura, debido a su especificidad de acción.También existen trabajos que demuestran que la cepa de levadura empleadainfluye en la efectividad del producto.

Newbold et al (1995 y 1996), demostraron que no todas las cepas de S. cerevisiae son capaces de estimular la digestión en el rumen, por lo que se debe tenercuidado en la selección de la levadura, para asegurar que la cepa sea capaz deestimular la fermentación en dicho órgano. De la misma manera, la levadura es unorganismo biológico y como tal se afecta de manera negativa como resultado delcalentamiento excesivo. Actualmente se desarrollan productos comerciales con lacapacidad de sobrevivir al peletizado pero las comparaciones directas entre cepas

no están dentro del dominio público y asimismo se debe tener cuidado para



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asegurarse que, de ser necesario, el producto que se utilice sea capaz desobrevivir a las condiciones durante el peletizado de la dieta.

También se ha visto que la dosis y frecuencia de oferta de la levadura puedeafectar la respuesta a la inclusión y se ha encontrado diferencias en lasmodificaciones ruminales cuando se ofreció el alimento dos veces al día.

Para evaluar el efecto de la de la mejor manera de incluir S.cerevisiae en ladieta para rumiantes bajo condiciones in vitro (Marrero et al, 2005) compararonmedio de cultivo inoculado con S.cerevisiae, el pellet de la centrifugación delmedio de cultivo inoculado con S.cerevisiae, el sobrenadante de lacentrifugación del medio de cultivo inoculado con S.cerevisiae con un controlsin inocular.

Los autores encontraron que los mayores conteos de bacterias viables totalesse obtuvieron a las 4 horas después de iniciada la fermentación cuando seincluyó S. cerevisiae y que existe un mejor comportamiento de los crecimientosde bacterias viables totales en el tratamiento que incluye la levadura en sumedio de cultivo (tabla 34)

Tabla 34 Efecto de la inclusión de S. cerevisiae en la población debacterias viables totales, 10 10 ufc/ml)

HorasTratamientos

E. E ±ControlLRF

Mediosolo

Medio +S.cerevisiae

Pellet Sobre-nadante

0 2.55 a b 4.51 efg 2.69 a b 1.73 a 2.39 a b

0.39***

4 2.74 abc 3.05 bcd 4.73 g 4.08defg 4.01cdefg

8 4.01cdefg 4.13defg 4.55fg 3.64bcdefg 3.52bcdefg

12 3.23bcdef 2.67 a b 4.50 efg 3.20 bcde 3.27 bcdef

Datos transformados según Ln X. () medias originales

La producción de gas acumulada in vitro por los microorganismos ruminales adiferentes horas de incubación hasta las 24 h para los tratamientos sobremateria seca de C. nlemfuensis como sustrato se observa en la figura 12. Laadición de producto completo de levadura (PCL) causó un marcado incrementoen la producción de gas, indicando un aumento en la actividad microbial, sobrela materia seca de C. nlemfuensis. En todos los tratamientos, la producción degas acumulativa por los microorganismos ruminales incremento rápidamentedurante el tiempo de incubación. Se encontró diferencias significativas (P <0.05) entre el tratamiento con PCL con respecto al resto de tratamientos,

siendo la producción de gas 26.9% mayor que el tratamiento control (FluidoRuminal, FR) y los tratamientos PLL y SL durante toda la incubación.



77

El tratamiento PLL tuvo un incremento de 5.8% (P < 0.05) en producción degas con respecto al tratamiento control y fue el segundo mejor después dePCL. El tratamiento SL se comporto estadísticamente igual al control, pero laproducción de gas acumulada a las 24 h fue un 13% menor.

La producción de gas acumulada in vi t ro por los microorganismos ruminales adiferentes horas de incubación hasta las 24 h para los tratamientos sobre FDNde C. nlemfuens is se observa en las figuras 12 y 13. La adición de productocompleto de levadura (PCL) y de pellet del cultivo de levadura (PLL) elevaronsignificativamente (P<0.05) la producción de gas, en 48.3% y 22.35%respectivamente, con respecto al tratamiento control. En todos los tratamientos,la producción de gas acumulativa por los microorganismos ruminales seincrementó, rápidamente, durante el tiempo de incubación. Entre el tratamientoPCL y el PLL, el primero fue 21.2% mayor que el segundo (P<0.05), mientrasque SL no difirió del tratamiento control.

Figura 12. Efecto de la adición de S. cerevisiae en la producción de gasacumulada para materia seca de Cynodon nlemfuensis (0.1/g

Figura. 13.

0

5

10

15

20

0 5 10 15 20 25

Tiempo (horas)

Produccióndegas(ml/g

MS)

E + F E + PL E + PC E

0

2

4

6

8

1012

14

16

18

0 5 10 15 20 26

Tiempo (horas)

Produccióndegas(m

l/gFDN)

E + F E + PL E + PC E + S



78

Dinámica de la producción de gas in v i t ro determinada a 4 tiempos defermentación de la FDN y adición de S. cerevis iae

La inclusión de PCL incrementó en casi tres veces la población de bacteriascelulolíticas en relación al tratamiento donde no se suplementó (1.7 x 108 ufc/ml

vs. 0.6 x 108 ufc/ml, respectivamente) (figura 14).

Figura 14. Efecto de la suplementación con S. cerevisiae en la población debacterias viables totales (10 8ufc/ml) y celulolíticas del rumen (10 8ufc/ml)

Uso de Hidrolizado de levaduras

Bocourt et al (2001, 2002); Pérez et al (2000, 2001 y 2002) informaron elefecto que producen los hidrolizados enzimáticos de levaduras Saccharomycescerevisiae en la fisiología digestiva de especies monogátricos.

Se conoce que las levaduras viables o sus hidrolizados son capaces deproducir en los animales domésticos monogástricos, efectos probióticos. Dentrode las sustancias consideradas con una actividad probiótica activa se

encuentran algunos de los componentes estructurales de la pared de laslevaduras; encontrándose entre las fuentes más abundantes cepaspertenecientes a la especie Saccharomyces cerevisiae. Estos polisacáridos ysus productos de hidrólisis producen sus efectos probióticos, principalmente,mediante el estímulo a la respuesta inmunológica y la prevención deenfermedades infecciosas en animales y el hombre (Rodríguez et al., 1996;Spring et al., 1996; Stanley et al. , 1996 y Savage et al., 1996).

En la obtención de estos productos de hidrólisis de la pared de Saccharomycescerevisiae se han empleado principalmente la hidrólisis química y térmica(Tanaka y Watanabe, 1995; Sánchez, 1997 y Otero, 1997). Sin embargo

actualmente axisten argumentos de índole biológico que hacen factible también



79

el empleo de las enzimas hidrolíticas para estos fines (Frost y Moss 1987 yJohn y Hampel 1991).

Gunther (1995), quien al clasificar los probióticos como: Aditivos alimentarios yen una acepción más amplia incluir a organismos microbianos vivos o muertos

de las especies Lactobacillus, Streptococus, Enterococus, Bacillus ySaccharomyces; a sustancias derivadas de dichos microorganismos comooligosacáridos, vitaminas, nucleótidos, péptidos, ácidos láctico, cítrico, acético yfumárico, además de enzimas microbianas principalmente de tipo hidrolíticas,ofrece un mayor nivel de precisión sobre los diferentes tipos demicroorganismos y sustancias capaces de producir este efecto.

En el caso de los rumiantes estos efectos se manifiestan en incrementos en sucapacidad productiva y a nivel de rumen se pudieran modificar la actividad delos microorganismos que habitan en ese reservorio. Al respecto no se disponede información que demuestre el efecto directo en los grupos fisiológicos de

bacterias, aunque se comunican efectos en las poblaciones totales demicroorganismos.

Entre los microorganismos más empleados en la producción de probióticos seencuentran las levaduras, tal y como se indicó en el acápite precedente,fundamentalmente especies del género Saccharomyces, ya sean vivas omuertas o componentes de su pared celular como son oligosacáridos deglucano y manano (Spring et al ., 1996; Nagendra, 2000).

Las levaduras, son capaces de destruir bacterias patógenas, debido a lahabilidad que poseen de ligar estos microbios a sus paredes celulares o deunirse a los sitios receptores de patógenos al nivel de la mucosa intestinal(Dawson, 1992; Spring y Dawson, 1996). Se ha comprobadoexperimentalmente que los oligosacáridos de manosa derivados de la hidrólisisde paredes celulares de levaduras son capaces de reducir la adherencia demuchas bacterias a la mucosa intestinal y ejercer un efecto inmuno estimulante(Stanley et al., 1996; Pérez, 2000).

Hidrolizados de levaduras.

Cuando muere una célula de levadura, cesan las transformaciones químicas

normales precisas para la conservación de la vida, pero con la muerte no seapaga la actividad de la enzimas de la célula y por ello en la célula muertatienen lugar transformaciones químicas relacionadas con la actividad de lasenzimas. Este proceso se llama autólisis o digestión y puede ser controlada

teniendo lugar en un óptimo de temperatura de 45-55 oC. Se ha encontradoque a 30 0C y 600 C transcurre con marcada lentitud (Otero, 1992).

Para la obtención de los productos de hidrólisis de la pared de levaduras sehan empleado, principalmente, las hidrólisis química y térmica (Tanaka yWatanabe, 1995; Sánchez, 1997 y Otero, 1997), siendo la hidrólisis enzimáticacon el empleo de enzimas microbianas de más escasa aplicación (Frost yMoss, 1987). Hong et al 1994 desarrollaron un método para extraer, mediantehidrólisis, los componentes de la pared de una cepa de Saccharomyces



80

cerevisiae, para ello utilizaron una combinación de hidrólisis básica conhidrólisis enzimática, alcanzando un alto rendimiento de ß-1,3 y ß-1,6glucanos, quitina y mananoproteínas con este procedimiento. Similaresresultados alcanzaron Hartland et al (1994), pero en este caso mediantehidrólisis con NaOH precedida de destrucción mecánica con agitador rotatorio y

perlas de vidrio.

En Cuba se ha diseñado un método para la obtención de un hidrolizadoenzimático a partir del fondaje de destilería (Saccharomyces cerevisiae),considerando que este producto se encuentra disponible en grandescantidades en el país y que constituye un contaminante del medio ambiente(Pérez, 2000).

Con la utilización de este producto no se observó disminución del colesterolsérico de las aves tratadas con respecto al control. Sin embargo, al aplicar 100°C de máxima temperatura a la tecnología se lograron niveles adecuados de

glucanos y mananos que constituyen el principio activo y se garantizó lacapacidad hipocolesterolémica del producto (García, 2002).

La primera consideración, que debemos hacer de este nuevo producto, esconocer que no se puede utilizar tal cual se lo obtiene en la industria del piensoy es ineludible realizar algún tipo de procesamiento ya que posee un elevadocontenido de agua, que encarece el transporte y dificulta su almacenamiento yconservación.

En estudios realizados por Galindo et al, (2005) se demostró que la inclusión

de 100 ml/Kg concentrado / día de hidrolizado enzimático de levaduraSaccharomyces cerevisiae incrementa de manera notable la producción degas in vitro, lo que significa que activa la fermentación microbiana ruminal. Lasdosis de 75 y 50 ml/Kg concentrado / día también producen efecto activador dela fermentación microbiana ruminal; pero el mismo es menos acentuado que lade 100 ml/Kg concentrado / día. Sin embargo, la inclusión de 25 ml/Kgconcentrado / día de hidrolizado de levaduras no modifica la fermentaciónruminal ( Figura 15)

0 20 40 60 80 100

1

2

3

4

5

T r a

t a m

i e n

t o s

Producción de gas



81

Figura 15. Efecto de la inclusión de un hidrolizado de levadura S.

cerevisiae en la producción de gas acumulada a las 24 horas (1, 2, 3, 4 y 5equivalen a 100; 75; 50; 25 y 0 ml/Kg concentrado / día

En otro grupo de trabajos realizado por los mismos autores, se evidenció que lainclusión de 100 ml/Kg concentrado / día de hidrolizado de levadurasSaccharomyces cerevisiae incrementó de manera significativa la población debacterias viables totales, lo que coincide con la alta producción de gas que seprodujo, así como no se encontró efectos debido a la inclusión del hidrolizadoen las poblaciones de bacterias proteolíticas y hongos ruminales (tabla 35). Es

importante destacar que desde el punto de vista biológico, la mayor poblaciónde hongos celulolíticos que se encontró cuando se suministró 75 ml/Kgconcentrado / día de hidrolizado de levaduras pudiera duplicar la degradaciónde la fracción fibrosa en el rumen.

La población de bacterias viables totales se incrementó desde las 4 horasdespués de iniciada la fermentación y no difirió con la población que seencontró a las 8 horas. La población fungal, por su parte estuvo mayormenterepresentada a las 4 horas, lo que coincide con reportes efectuados por Jouanyet al (2002). Sin embargo, ésta población se estabilizó a las 8 horas y alcanzóvalores similares a los encontrados antes de iniciar la fermentación.

Las bacterias proteolíticas y el pH del líquido ruminal no difirió en relación altiempo de fermentación, no obstante, el número de bacterias proteolíticas quese encontró con el nivel de 75 ml/Kg concentrado / día y 125 ml/Kgconcentrado / día es 9 y 3 x 105 ufc/mL superior, respectivamente. (Tabla)

Tabla 35. Efecto de un hidrolizado de levaduras (ml/Kg concentrado / día)en algunos miembros de la población microbiana y el pH ruminal

Medidas 0 75 mL 100 mL EE ±Sign

Bacterias Viables Totales, 1011 ufc/mL2.33 a

(20.89)2.43 a

(22.37)3.26 b

(50.41)0.27*

Hongos, 105 uft/mL1.50

(10.59)2.22

(20.81)1.99

(11.59)0.26

Bacterias Proteolíticas, 107 ufc/mL 2.17(22.26)

2.59(19.48)

2.52(17.59)

0.25

pH 7.39 7.36 7.34 0.13Fuente; Galindo et al, 2006



82

Tabla 36. Efecto del tiempo de fermentación, horas, en algunos miembrosde la población microbiana ruminal y el pH en dietas con hidrolizado de

levaduras

Medidas 0 4 8 EE ±Sign

Bacterias Viables Totales, 1011 ufc/mL1.73 a

(16.70)3.20 b

(38.37)3.09 b

(38.59)0.27***

Hongos, 105 uft/mL1.89 ab (12.74)

2.46 b (20.56)

1.36 a (9.70)

0.26 *

Bacterias Proteolíticas 2.18(15.89)

2.64(24.78)

2.47(18.67)

0.25

pH 7.17 7.40 7.52 0.13a, b,c medias con letras diferentes difieren a P< 0.05, (Duncan, 1955)*** P< 0.001; Datos transformados según log X; valores entreparéntesiscorresponden a las medias originalesFuente; Galindo et al, 2006

En la tabla 37 se presenta la información referida a la población de bacteriascelulolíticas ruminales y se muestra que hubo una interacción significativa entrelos niveles de inclusión del hidrolizado de levaduras empleado y el tiempo defermentación. Como se puede observar, las mayores poblaciones seencontraron a las 4 horas después de iniciada la fermentación en lostratamientos donde se suministró 75 y 100 ml/Kg concentrado / día Esteresultado pone de manifiesto que éste producto es capaz de activar la floracelulolítica, en la hora de máxima fermentación de la fibra, lo que posibilitasugerir su uso como aditivo activador de la función ruminal..

Tabla 37. Efecto del nivel de un hidrolizado de levadura Saccharomycescerevis iae y el tiempo de fermentación en la población de bacterias celulolíticas ruminales, 107 ufc/mL

Tiempo de fermentación, hNivel de hidrolizado, ml/Kg

concentrado / día0 4 8 EE ±

Sign0 1.55 ab

(6.89)1.83 abc

(7.11)1.16 a (4.67) 0.33**

*75 1.16 a

(4.67)2.60 c

(20.78)2.59 c

(14.11)100 2.37 bc

(13.22)2.83 c

(23.33)1.39 ab

(6.78)-

a, b,c medias con letras diferentes difieren a P< 0.05, (Duncan,1955)



83

*** P< 0.001; Datos transformados según log X; valores entre paréntesiscorresponden a las medias originales

Los resultados acerca del efecto de un hidrolizado enzimático de levaduraSaccharomyces cerevisiae en la población de microorganismos del rumen

muestran que el mismo ejerce acción activadora de la población microbianacelulolítica, lo que repercutirá de manera decisiva en una mayor degradaciónde la fibra en el rumen, pasaje hacia las partes bajas del tracto gastro intestinal(TGI), consumo de materiales fibrosos, y consecuentemente, se deberánesperar mejoras productivas.

Consideraciones finales

La eficiencia de utilización de los alimentos por los rumiantes depende de un

ecosistema ruminal eficiente y estable, éste se logra a través de la manipulaciónconsciente de la población de microorganismos que habitan en ese reservorio,los factores que regulan los productos finales de la fermentación, el balanceadecuado de nutrientes así como su flujo hacia las partes bajas del TGI. Si setiene en consideración estos aspectos deben esperarse produccioneseconómicamente viables y técnicamente argumentadas.

Se prevé continuar en la elaboración de estrategias que conduzcan a obteneralternativas para manipular la fermentación microbiana ruminal, entre ellas, lautilización de preparados con microorganismos viables, productos o derivadosmicrobiales, tales como hidrolizados de levaduras, enzimas, suplementación con

plantas capaces de reducir la población protozoaria, protección de la proteína y losalmidones al ataque por las enzimas ruminales. Actualmente, se inician losprimeros ensayos en la utilización de herramientas moleculares con éstospropósitos.

Agradecimientos

Las autoras desean agradecer la valiosa ayuda y colaboración de un grupo decolegas, sin los cuales ésta obra no hubiera sido posible, ellos son:

Nuestras técnicas, Ana Irma Aldana Cruzata, Onidia Moreira y MilvisCueto

Los Drs. Ramón Bocourt Salabarría, René Stuart Montalvo, Arabel ElíasIglesias, Eulogio Muñoz Borges, Rogelio González, Zoraya Rodríguez Alonso, Denia Delgado, Tomás Ruiz, Gustavo Febles, Verena Torres.

La MSc. Idania Scull y Martha León Rodríguez

A todos ellos, muy agradecidas



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Manipulación de La Fermentación Ruminal (Libro)