Interacción Entre Ruminococcus y Otras Bacterias Ruminales con Organismos Ruminales
Introducción
Los organismos se pueden dividir por su tipo de alimentación, dentro de ellos están los herbívoros, que se caracterizan por su alimentación a base de plantas, de los cuales se destacan los rumiantes, que son organismos cuya fuente principal de alimento son carbohidratos fibrosos. Este tipo de nutrición presenta una problemática por la composición de celulosa, un polisacárido que constituye parte importante de la pared celular vegetal, que tiene la característica de ser difícil de degradar. Para resolver esta situación, como respuesta evolutiva se generó una simbiosis entre organismos rumiantes y microorganismos. La relación simbiótica que existe entre los rumiantes y las bacterias del Rumen ha evolucionado en conjunto al punto en el que gran parte de los nutrientes del rumiante que son obtenidos gracias a esta interacción hay bacterias que ayudan en el metabolismo de azúcares, lípidos y proteínas.
Hay tres componentes principales de tejidos vegetales que necesitan auxiliares para su degradación, la celulosa, hemicelulosa y lignina, pues muchos organismos no producen enzimas capaces de degradar estos compuestos. Cada una tiene microorganismos diferentes asociados, por ejemplo: la lignina está muy relacionada con un hongo para su digestión.
Planteamiento del problema.
El objeto de revisión para este trabajo es Ruminococcus es un género de bacterias que participan en los procesos de metabolismo de los rumiantes, específicamente de la degradación de la celulosa, localizadas en una porción estomacal de los rumiantes, el complejo Rumen-reticular. La celulosa es un componente vital de la pared de las células vegetales y a pesar de que solo se encuentra como unidades sub-microscópicas de forma alargada, siguen presentando un complejo proceso de degradación. Tiene una característica, que a diferencia de otros polisacáridos poseé una estructura cristalina y las fibras individuales no son puramente cristalinas, lo que genera deformidades. Para colaborar en esto participan unos microorganismos anaeróbicos (no utilizan oxígeno en su metabolismo) intestinales del género Ruminococcus.
En la porción ruminal-reticular son las bacterias los microorganismos más abundantes son existiendo alrededor de 10 billones de células bacterianas por gramo de contenido ruminal. Relacionado a la gran proliferación de bacterias en esta cavidad, existe una gran diversidad en género y especie de estas, a causa de la amplia variedad de fuentes de alimentos que hay disponibles en el rumen. “Se estima, que existen alrededor de 200 a 250 especies, las mismas que son responsables de la degradación de los nutrientes de los alimentos, siendo indispensables para desarrollo de los rumiantes.” (Rodríguez y Valencia, 2008)
Desarrollo
El rumen es uno de los componentes que se encuentran en el aparato digestivo de los rumiantes (Bovinos, Ovinos, Caprinos y Cérvidos) en el que sucede el proceso más importantes de su digestión. Los rumiantes son herbívoros que se alimentan con estructuras vegetales que contienen celulosa, también almidón y otro tipo de cosas pero, estos no cuentan con las enzimas que puedan digerir estas estructuras, ahi es donde entra el rumen, el cual contiene una gran cantidad de microorganismos los cuales fermentan y aprovechan ciertos recursos, así regresando el alimento al rumiante que lo regurgita, agrega saliva extra y ya lo puede procesar.
La especie de ruminococcus fue detectada en 1948 por Sijpesteijn y fue encontrada en estos mismos rumiantes. Para 1972 se detectó una bacteria de esta misma llamada Ruminococcus bromii, la cual estaba en heces humanas, lo que llevó a la conclusión de que esta es una bacteria que interactúa en el colon de los humanos en la degradación de celulosa. Se han descubierto muchas especies diferentes como ruminococcus albus (1957), ruminococcus callidus (1974), ruminococcus faecis (2012), entre muchas otras.
Lo que se tiene muy en claro de todos estos tipos de bacterias, no son un patógeno al momento de entrar al cuerpo del organismo que habitan, si no que ayudan a sus procesos de digestión aprovechando así los recursos que ellos también puedan obtener de ahí. A este tipo de interacción le conocemos como mutualismo o simbiosis. La simbiosis que estos organismos realizan debe estar directamente ligada con el metabolismos que mantienen pues su principal función se encuentra en el metabolismo de su huésped.
Metabolismo
Las microfibrillas de celulosa están estabilizadas por enlaces de hidrógeno intra e intermoleculares, rodeadas por otros polisacáridos de hemicelulosa (manano y xileno) que se ven en la celulosa por puentes de hidrógeno y enlaces covalentes, los cuales la hacen extremadamente resistentes a la hidrólisis química y biológica.
Asi mismo las regiones amorfas de la estructura cristalina de la celulosa tienen una composición heterogéneas caracterizadas por una variedad de enlaces. Finalmente este arreglo asimétrico que caracteriza las regiones amorfas es crucial para la biodegradación de la celulosa.
Los humanos, como el resto de los mamíferos no son capaces de producir enzimas que degradan celulosa, por lo que los animales que tienen la necesidad por su dieta herbívora de hacerlo, se auxilian de microorganismos con esa capacidad. “Las celulasas son enzimas extracelulares, producidas por hongos, bacterias y protozoarios, que hidrolizan la celulosa. La asociación con microorganismos productores de celulosa permite a las termitas y a los rumiantes la digestión de la celulosa” (Malajovich, 2019, Biodegradación de celulosa.)
La forma de degradar celulosa, es a través de hidrólisis de sus enlaces glucosídicos, para llegar a su forma de monosacárido. Este proceso sucede en 3 etapas que actúan de manera conjunta los diferentes sistemas enzimáticos. El primer paso consta de la descristalización de la celulosa, generando más regiones amorfas que permitan la entrada de enzimas. transformando de celulosa insoluble a soluble. La segunda etapa pasa a la formación de oligosacáridos y celobiosa, para que finalmente sea un producto aprovechable, glucosa.
Condiciones de crecimiento
En el rumen las condiciones del medio son usualmente estables y dependen de la cantidad, calidad, condiciones y la variación de estas. “El factor de temperatura en el rumen es alrededor de 39° C y puede variar entre 38° C a 42° C. Además en el rumen está presente una pequeña cantidad de oxígeno, el pH es razonablemente estable con valores entre 5.8 y 7.0, que está influenciado directamente por la saliva. “(Jouany, 1991)(Citado por Guerrero Calle, 2011); “también posee osmolaridad media de 280-340 mOsm/L y condición redox de -250 a -450 mV “.(Alvarez, Pérez, De la Cruz, Quincosa & Sánchez, 2009) (Citado por Guerrero Calle, 2011)
Ruminococcus es un género bacteriano con respiración anaerobias y requieren condiciones de anoxigénia, carecen de facultad movimiento y son Gram positivas. Además destacan por ser uno de los géneros con mayor eficiencia y actividad en la degradación de tejido vegetal fibroso en el rumen. (Hobson & Stewart, 1997). El pH además de otros factores del rumen afectan el desarrollo y crecimiento de las bacterias ruminales , pues ‘las bacterias celulolíticas se desarrollan mejor en el extremo menos ácido de pH entre 6,0 a 6,9’. (Guerrero Calle, 2011)
Conclusiones
La investigación muestra un panorama general del metabolismo de la celulosa y su aprovechamiento en los rumiantes. La complejidad de este tema radicó en los mecanismos fisiológicos y ecológicos dentro del rumen. Las bacterias celulolíticas juegan un rol importante para la degradación de macromoléculas que de los hospederos no logran degradar.
La adaptación de los rumiantes de degradar celulosa mediante la simbiosis con microorganismos y el estudio de este, ha contribuido en la producción animal, así como la capacidad de algunos rumiantes en la transformación de pastos con bajos nutrientes a unos de alta calidad, aprovechables para el hombre y otros animales no ruminales.
Bibliografías
- Alavarez, A, et al. 2009. Fisiología Animal Aplicada. Medellin : Universidad de Antioquia, 2009. Departament de Ciencia animal i dels Aliments, https://www.tesisenred.net/bitstream/handle/10803/5667/arc1de1.pdf
- Guerrero Calle, A. 2011. Aislamiento de Bacterias Ruminales degradadoras de celulosa. Licenciatura. Universidad Politécnica Salesiana. Facultad de Ciencias Agropecuarias y Ambientales.Obtenido de http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/1506
- Hobson, P y Stewart, C. 1997. The Rumen microbial ecosystem. London : Chapman & Hall, 1997.
- Jouany, J. P., [ed.]. 1991. Rumen microbial metabolism and rumiant digestion. s.l. : Editorial INRA, 1991.
- RODRIGUEZ, Abner y VALENCIA, Elide, ‘Microbiología Ruminal”, Rumianta. Volumen 3, s.n. Puerto Rico, 2008, pág. 4
- Rotger, A. 2004. Fermentación ruminal, degradación proteica y sincronización energía-proteína en terneras en cebo intensivo. Universitat Autonoma de Barcelona. https://www.tesisenred.net/bitstream/handle/10803/5667/arc1de1.pdf
- http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/1506
- Bteduc.com. (2019). [online] Available at: https://www.bteduc.com/guias_es/76_Biodegradacion_de_celulosa.pdf
