asunción - 15/07/13 disciplina: fisiologia da … · fonte potencial de energia para os animais...

AULA:

MICROBIOLOGIA DO RÚMEN

Asunción - 15/07/13

Prof. André Gustavo Leão

Pós-Doutorando em Zootecnia

DISCIPLINA:

FISIOLOGIA DA DIGESTÃO

Dourados - MS

29/08/13

INTRODUÇÃO

MICROBIOLOGIA DO RÚMEN

FISIOLOGIA DA DIGESTÃO DE

RUMINANTES

INTRODUÇÃO

Sucesso dos ruminantes no processo evolutivo

atribuído à existência de uma relação simbiótica do

hospedeiro com os microorganismos ruminais

KOZLOSKI (2009)

INTRODUÇÃO

Animal = alimento + ambiente

AGVs

Crescimento dos microorganismos

PTN

microbiana

Relação

benéfica

recíproca

DÚVIDAS?

CONSIDERAÇÕES...

1ª) Mamíferos não possuem enzimas capazes de digerir as

fibras dos alimentos, as quais podem ser fermentadas por

várias espécies de bactérias ruminais.

2ª) Celulose e outros polissacarídeos (hemicelulose e pectina),

presentes na parede celular de vegetais, representam a >

fonte potencial de energia para os animais herbívoros.

3ª) Microorganismos ruminais podem utilizar formas de

nitrogênio não protéico (uréia, sais de amônia, etc) para

síntese de suas proteína, as quais serão posteriormente

digeridas e metabolizadas pelo animal.

CONSIDERAÇÕES...

4ª) Nos ruminantes os alimentos ingeridos ficam sujeitos a

um processo fermentativo nos pré-estômagos antes de

alcançarem o abomaso e o intestino delgado.

Açúcares e proteínas solúveis = + rápido e total/te fermentados;

Amido = quase sempre é fermentado rapidamente;

Proteínas da parede celular = fermentadas lentamente e outras

passam intactas para o intestino;

Celulose e hemicelulose = frações dos alimentos + lentamente

fermentadas.

CONSIDERAÇÕES...

+

Seca = pastos (-7% PB)

deficiência de PDR

crescimento microbiano

fermentação adequada

COMO É O AMBIENTE RUMINAL?

O AMBIENTE RUMINAL

Ambiente favorável ao desenvolvimento microbiano:

- Meio anaeróbico (baixa concentração de O2);

- Temperatura (38 - 41ºC, média de 39ºC);

- pH (5,5 - 7,0) permanece relativamente constante;

- bactérias celulolíticas e protozoários (pH 6,2 ou + alto)

- bactérias aminolíticas (pH + ácido, em torno de 5,8)

- Presença permanente de substrato e atividade fermentativa.

DIVERSIDADE DA MICROBIOTA RUMINAL

- Habitam o rúmen grande nº de espécies de microrganismos

ativos: bactérias, protozoários e fungos;

- Espécie é considerada parte da microbiota ruminal ao:

- apresentar capacidade de efetivo crescimento no rúmen;

- ser anaeróbica;

- produzir subproduto(s) encontrado(s) no rúmen;

“Metabolismo compatível com as reações que ocorrem no

ambiente ruminal normal”

- Mesmo uma parcela menor da população ruminal pode ser

muito importante, se exercer um impacto ecológico sobre

outra.

Tamanho = 1 a 5 µm

Concentração = 109 - 1010/g de ingesta

Diversidade = > (nº de espécies e capacidade metabólica)

Bactérias ( 50% da biomassa microbiana do rúmen)

BACTÉRIAS

BACTÉRIAS

ARCURI et al. (2006)

Associam-se às fibras dos alimentos e degradam componentes da parede

celular dos vegetais (celulose e hemicelulose);

Bactérias celulolíticas ou fibrolíticas (Gram-positivas)

Associam-se às partículas de grãos de cereais ou grânulos de amido e

degradam os carboidratos de natureza não-estrutural (amido e outros tipos

de carboidratos solúveis);

Bactérias amilolíticas e pectinolíticas (Gram-negativas)

BACTÉRIAS

Continuação

A maior parte das espécies bacterianas ruminais degrada proteínas, mas

muitas são incapazes de crescer, tendo aminoácidos como único substrato.

Bactérias proteolíticas (aminolíticas)

BACTÉRIAS

Continuação

Associam-se principalmente à parede do rúmen. Digerem células epiteliais

mortas e apresentam importante atividade ureolítica, num ambiente situado

na interface entre o tecido bem oxigenado e o conteúdo ruminal anaeróbio.

Anaeróbios facultativos

Gram-positivas

Metano

BACTÉRIAS

Bactérias anaeróbias

facultativas aderidas

às células do epitélio ruminal

BACTÉRIAS

≤ 17% EM

BACTÉRIAS

DÚVIDAS?

PROTOZOÁRIOS

Tamanho = 20 a 200 µm

Concentração = 104 - 106/g de ingesta

Espécies = Entodinium, Diplodinium, Epidinium, Isotricha,

Dasytricha, etc.

Protozoários ( 40% da biomassa microbiana do rúmen)

Obs.: Alguns protozoários são celulolíticos, mas os principais

substratos utilizados pela fauna ruminal como fonte de

energia são os açúcares e amidos.

FUNGOS

Fungos = animais alimentados com dietas fibrosas;

Quantidade = 8% da biomassa microbiana do rúmen;

Espécies = Neocallismastix frontallis, Sphaeromonas

communis, Piromonas communis, etc.

Obs.: Existem evidências de que os fungos degradam os

carboidratos estruturais e são capazes de atacar

os tecidos vasculares lignificados.

FUNGOS

DÚVIDAS?

ESTABELECIMENTO DOS MICRORGANISMOS

NO RÚMEN

Desenvolvimento do rúmen

como câmara de

fermentação

(Efeito dieta)

MAS COMO SE ESTABELECEM:

BACTÉRIAS, PROTOZOÁRIOS E FUNGOS?

ESTABELECIMENTO DOS MICRORGANISMOS

NO RÚMEN

Bactérias:

- colonização + rápida dentre as populações ruminais;

- podem ser transportadas por meio de aerosóis;

- contato com animais adultos

- tipo de dieta.

Protozoários:

- saliva é a principal fonte de protozoários;

- contato com animal faunado (principal via de transmissão);

Fungos:

- contato com animais adultos;

- via saliva;

- pelo ar (microgotículas do aerossol de vapor (expiração);

- ingeridos juntos com alimentos contaminados.

EXIGÊNCIAS DOS MICRORGANISMOS PARA

SEU ADEQUADO CRESCIMENTO

Bactérias:

- > parte dos requerimentos é comum para muitas espécies;

- diferentes espécies apresentam afinidade específica para

diferentes frações dos carboidratos dietéticos ou substratos

intermediários da fermentação ruminal (Tabela 1);

Protozoários:

- requerimento nutricional pouco estudado;

- muito semelhantes aos de bactérias;

Fungos:

- crescimento estimulado por aminoácidos, AGVs, etc;

- germinação dos zoosporos estimulada por ácido acético e

carboidraos fermentáveis.

DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DOS

MICRORGANISMOS NO RÚMEN

Microbiota dividida em populações:

População do líquido ruminal (25%)

- colonizam alimentos recém-ingeridos ou superfícies recém

expostas, o que lhes atribui grande atividade metabólica;

- zoósporos recém-liberados de esporângios (até que haja a

adesão a uma partícula de alimento).

Microrganismos aderentes à fração sólida da digesta (75%);

- degradam alimentos fibrosos (maioria celulolíticas);

- protozoários ciliados (estratégia de sobrevivência: tempo de

geração > à taxa de passagem da fase líquida)

População ligada à parede do rúmen.

DÚVIDAS?

INTERAÇÕES ENTRE POPULAÇÕES DA

MICROBIOTA RUMINAL

Predação:

- característica de protozoários;

- reduz a biomassa bacteriana livre no conteúdo ruminal;

- aumenta a perda de N pelo hospedeiro;

- reduz o fluxo de proteína microbiana para o ID

(tanto pela redução da população bacteriana, quanto pela

retenção dos protozoários do rúmen);

Obs.:

- predação das bactérias pode reduzir a taxa de colonização

das partículas do alimento ingerido e consequentemente, a

taxa de degradação da fibra.

Bom ou ruim?


MICROBIOTA RUMINAL

Competição:

- populações de bactérias ruminais específicas e fungos;

- bactérias controlando a população de fungos;

- interações entre fungos ruminais e bactérias fibrolíticas são

complexas e não necessariamente antagônicas.

Mutualismo:

- entre bactérias que degradam carboidratos e metanogênicas;

- entre fungos e protozoários;

ARCURI et al. (2006)


MICROBIOTA RUMINAL

DÚVIDAS?

EFEITOS DA DIETA NA MANUTENÇÃO E NA

ESTABILIDADE DA MICROBIOTA RUMINAL

Microbiota ruminal

(estabelecida plenamente)

desenvolvimento e estabilidade

Fatores

Composição da dieta = + comum e + importante (estabilidade)

Frequência de fornecimento da dieta

Quantidade e forma que o alimento é fornecido

(forragem madura x grãos)



Padrões de variação diária de populações de bactérias

Diluição inicial

ingresso de alimento fresco,

água e volumes >s de saliva

taxa de crescimento dos microrganismos

acréscimo de nutrientes que, excede à taxa de diluição

(> volume de água e saliva)

Taxa de crescimento

concentração de nutrientes

crescimento da microbiota

< taxa de diluição



Compostos secundários: substâncias antinutricionais

- grande nº de forragens tropicais e grãos;

- suplementos protéicos (Ex: farelo de algodão - gossipol)

Precursores da lignina

- tóxicos para bactérias celulolíticas;

Taninos condensados

- inibem a digestão de carboidratos;

- reduzem digestibilidade da proteína dietética;

Saponinas

Glicosídeos cianogênicos

Aminoácidos modificados (mimosina)

DÚVIDAS?

Aditivos alimentares

- substâncias orgânicas ou inorgânicas (alimentação animal);

- fornecidos em pequenas quantidades;

- tem funções de preservação ou promoção do crescimento;

- Ex: probióticos e ionóforos.

ADITIVOS ALIMENTARES


Probióticos

- substâncias produzidas por organismo que estimulava outro;

- efeito indireto e benéfico ao hospedeiro;

- visa restabelecer a microbiota natural, e retornar o animal à

sua condição normal de crescimento, saúde e nutrição;

- alternativa + atraente ao uso de antibióticos ionóforos, por

conterem microrganismos vivos ou não (Ex: Lactobacillus sp);

- Leveduras (Sacharomyces): cerveja, vinho e pão - “aceitos”;

- Efeitos: nº de bactérias, especialmente celulolíticas;

concentração residual de O2 do conteúdo ruminal.


Ionóforos

- antibióticos que deprimem ou inibem seletivamente o

crescimento de microrganismos.

- Ex: monensina e lasalocida;

- bactérias Gram-positivas (fibrolíticas e metanogênicas) +

sensíveis do que as Gram-negativas (amilolíticas), por não

possuírem estrutura que inibe a dissolução do ionóforo na

membrana;

Bom ou ruim?

Bactérias Gram Negativas = papel > importância na produção de

AGVs de melhor aproveitamento pelo animal (ácido propiônico).


Bactérias gram-positivas (cujo invólucro celular é composto apenas de

parede celular) são + inibidas que as gram-negativas (cujo invólucro

celular é formado por parede celular e membrana externa)


A ação de ionóforos na fermentação ruminal se observa de

várias maneiras:

- a produção de CH4 é reduzida de 30 a 50% por meio de um

efeito indireto, ao reduzir a população de bactérias fibrolíticas

que liberam hidrogênio;

- alteração da taxa de acetato:propianato (A:P), dependendo

da dieta. Ex: animais que consomem forragem (taxas A:P de

até 4:1), e a monensina pode diminuir essa relação (2,5:1);

- redução da degradação de proteína dietética no rúmen,

devido à redução da população de bactérias proteolíticas,

fermentadoras preferenciais de aminoácidos.


REDUÇÃO


REDUÇÃO NA PRODUÇÃO DE

METANO

APROVEITAMENTO DE ENERGIA

REDUÇÃO NOS CUSTOS COM ALIMENTAÇÃO

CONSIDERAÇÕES...

asunción - 15/07/13 disciplina: fisiologia da … · fonte potencial de energia para os animais...

Documents