La flora microbiana responsable de la degradaci

1
La flora microbiana responsable de la degradación
de la fibra y el efecto de la levadura viva sobre
las poblaciones fibrolíticas y su actividad

• Aurélien Piron
• Paula Soler 
• Lallemand Animal Nutrition

2
Degradación de la fibra en el rumen
Interacciones microbianas complejas
Pared celular plantas celulosa, hemicelulosa,
pectinas
Especies hidrolíticas
Azúcares solubles
Especies hidrolíticas y fermentativas
Formiato
Piruvato
CO2
H2
CO2
Lactato
Succinato
Archæa methanogens
CO2
Butirato
Propionato
CH4
Acetato
Fuentes de energía para el huésped
Eructado
3
Características de la flora fibrolítica del rumen
Bacteria

• Número limitado de especies

Fibrobacter succinogenes muy activa en
celulolsa cristalina y xilanos Ruminococcus
albus Ruminococcus flavefaciens Butyrivibrio
fibrisolvens, Prevotella ruminicola activa en
xilanos y pectinas pero no en celulosa Recientemen
te se han descrito nuevas especies en el rumen
del yak Cellulosilyticum ruminicola
Activa en celulosa, xilanos, pectinas

• Principalment abundancia de especies
  fibrolíticas 109 cél. ml-1 (1-5 del total de
  bacterias)

4
Características de la flora fibrolítica del rumen
Bacteria

• Diferentes estrategias de adhesión
• fimbria o pili
• epitopes carbohidrato de glicocálix
  bacteriano

• Varios genes de celulasa y xilanasa identificados
  en el genoma de las tres principales especies
• programa secuencial de genomas (FibRumBa DB)
  ? 113 genes en F. succinogenes implicados en la
  degradación de la fibra, 29 celulasas, 23
  hemicelulasas

5
Características de la flora fibrolítica del rumen
Protozoos ciliados

• Entodiniomorfos
• Polyplastron, Eudiplodinium, Epidinium
• Abundancia 104 - 106.g-1 del contenido del
  rumen

• Digestión de celulosa y xilano en vacuolas
  digestivas (modo citótico o permeativo)

• Equipamiento enzimático muy complejo para la
  rotura de la pared celular celulasas,
  hemicelulasas

6
Características de la flora fibrolítica del rumen
Hongo

• Grupo funcional muy especializado

• Alta actividad de celulasas y hemicelulasas
• Varias esterasas activas en la unión entre
  compuestos fenólicos y polisacáridos
  estructurales
• Debilitación y rotura de la pared celular de la
  planta debido a una red rhizoidal

7
Eficiencia de la degradación de la fibra depende
de varios factores
8
Cuestiones a investigar
Los aditivos microbianos (levadura viva) pueden
ser una herramienta para promover o ayudar a la
degradación de la fibra en el rumen?
Degradación Fibra comunidades microbianas
Colonización crecimiento
Actividades enzimáticas
Equilibrio microbiano
Cúales son los mecanismos de acción?
9
Cómo medir el efecto y el modo de acción de la
levadura viva sobre la degradación de la fibra en
el rumen?
Degradación de la MS / FND de las materias primas
o la ración completa In vitro Animales
fistulados Animales no fistulados Impacto
en resultados zootécnicos, eficiencia alimentaria
10
Resumen de los resultados in vitro, in sacco, e
in vivo que muestran los beneficios de la
utilización de Saccharomyces cerevisiae I-1077 en
la digestión de la fibra

• Levadura viva añadida al alimento
• Cepa seleccionada para promover el
  funcionamiento del rumen
• Ha demostrado eficacia limitando la acidosis
• Estudios recientes se centran en la mejora de la
  digestión de la fibra incluso en situaciones no
  acidógenas

11
Efecto de la levadura viva, Saccharomyces
cerevisiae I-1077, en la degradación de la fibra

• Estudios In vitro

39C, anaerobiosis 4 botes al mismo tiempo
Vacas fistuladas
Búfer anaerobia
Incubaciones Daisy
Analizar fibra
Contenido FND
Sacos con alimento
9.8
()FND degradada
3.0
3.2
5.1
1.8
Walker et al., BRI Canada 2008-2010
12
Efectos de SC I-1077 en la degradación de la fibra

• Estudios In situ técnica de sacos de nylon

7.8
SC I-1077
Una mejora constante de la degradación de la FND
en sacco con SC I-1077, con variaciones
relacionadas con la naturaleza de la fibra
Guedes et al., 2008 Anim Feed Sci Technol Walker
et al., BRI Canada 2008-2010 Chaucheyras Durand
et al., 2010 Proc Soc Nutr Physiol , J Anim Sci/J
Dairy Sci (suppl), Meeske et al., 2010 unpubl.
13
Beneficios In vivo de SC I-1077 distribución
diaria
Total tract digestibilidad
Bovino engorde Schwartz et al., 2001, Proc Soc
Nutr Phys
Ensilado maíz 2.5-3 kg concentrado (60 trigo
40 harina de soja) /día
Vacas lecheras Bitencourt et al., 2008, J Anim
Sci/J Dairy Sci suppl
Ensilado maíz 43.9, copos maíz 14.4, Pellet
pulpa cítricos 16.9, harina de soja 21.7, heno
2
Según Oba y Allen (1999) 1 unidad de dFND (in
vitro o in situ) 0.17kg/d MSI 0.25kg/d de
4FCM
14
Modo de acción de SC I-1077 en las especies
fibrolíticas
15
Establecimiento de las especies fibrolíticas en
los animales recién nacidos

• Secuencia de la colonización de microorganismos
  después del nacimiento

Edad (d)

• Estudios gnotobióticos
• El establecimiento de las especies fibrolíticas
  depende mucho de la complejidad microbiota

16
Efectos de SC I-1077
Corderos gnotobióticos

• Colonización más rápida por bacterias
  celulolíticas,
• Aumento de la densidad de la población,
• Aceleración de la madurez del rumen (protozoos)
• Aumento de la dMS de la paja de trigo in sacco y
  mayor actividad enzimática

Microflora simplificada 3 especies de
bacteria Inoculadas como únicos organismos
celulolíticos Levadura suministrada diariamente
Corderos convencionales
Condiciones normales Levadura suministrada
diarimente
Chaucheyras Durand and Fonty, 2001 Reprod Nutr
Dev 2002 Microb Ecol Health Dis
17
Efectos de SC I-1077
Análisis  fingerprint  del ADN para valorar la
diversidad bacteriana en el rumen de los terneros
Msólo leche SFint. alimento sólido
Confirma observaciones previas efecto positivo
de SC- I 1077 en la madurez del rumen
Chaucheyras Durand et al., 2011 unpubl.
18
Efectos sobre las bacteria fibrolíticas
Sacos de nylon con heno de alfalfa, salvado de
trigo, cascarilla de soja o silo de trigo
Incubación durante 2, 6, 12, y 24h en el rumen de
vacas fistuladas alimentadas con 0 o 1010 UFC/d
de SC I-1077 (ración base heno y ensilado de
hierba) Cuantificación de las poblaciones
adheridas por qPCR

• SC I-1077 promueve la colonización de la fibra
  por las bacterias del rumen
• Los efectos dependen de la naturaleza del
  sustrato y de la especies de las bacterias

Chaucheyras Durand et al. 2010 Proc Soc Nutr
Physiol J Anim Sci/J Dairy Sci suppl
19
Efecto sobre los hongos del rumen
SC también promueve germinación zoospora
Chaucheyras et al .,1995 Chaucheyras Durand et
al. ,2010 Proc Soc Nutr Physiol J Anim Sci/J
Dairy Sci suppl
20

• Los efectos de SC-1077 sobre la degradación de
  los tejidos lignosos son importantes tanto para
  las bacterias como los hongos

SC I-1077
Ensilado con baja degradabilidad (NDFdeg0,2-0,3)
Ensilado con alta degradabilidad
(NDFdeg0,35-0,45)
21
También se observan efectos positivos sobre
microorganismos fibrolíticos en condiciones de
acidosis
Control 0 cebada
Control 66 cebada
SC-1077 66 cebada
Actividad Enzimática
SC I-1077 estabiliza pH del rumen, que ayuda a
mantener el potencial fibrolítico
22
Mecanismos de acción SC I-1077 en la flora
fibrolítica
Promueve el crecimiento, colonización del rumen y
la fibra
Mantiene el ambiente anaerobio Capacidad de
consumir oxígeno de las levaduras vivas
Aporte de nutrientes a los microrganismos Estimul
ación de las funciones hidrolíticas
Estabilización del pH en caso de
acidosis Interacción con productores
/utilizadores de lactato y protozoos
con levaduras vivas viables y cepas
selececionadas
Chaucheyras-Durand, Walker and Bach, 2008, AFST
23
Levadura viva CNCM I-1077 puede optimizar la
eficiencia alimentaria
Meta-análisis del efecto de la levadura viva CNCM
I-1077 en producción y componentes de la leche y
eficiencia alimentaria.M.B. de Ondarza, C.J.
Sniffen ADSA 2009

• 14 ensayos con 1.600 vacas de leche,
• Una dosis y Una cepa de Levadura Viva
• 1010 UFC/vacas de leche/d
• CNCM I-1077
• aumento de la producción de 1 kg de leche/d
• sin alterar la MSI,
• Mejora significativamente la eficiencia
  alimentaria(1.70 vs. 1.75 Plt 0.01 )
• Gran efecto en vacas de alta producción (38 kg)
  leche/d (1.78 vs. 1.85 Plt0.05).

• Plt0.05

Plt0.001
Plt0. 05
0
Plt0. 001
24
INFORMACIÓN A RETENER

• Saccharomyces cerevisiae CNCM I-1077 utilizado
  como aditivo alimentario es una herramienta
  importante para promover y mantener la
  degradación de la fibra en el rumen
• Levaduras vivas específicas para el rumen pueden
  interactuar directamente sobre los
  microorganismos fibrolíticos e indirectamente
  modificando el ambiente del rumen
• Interacciones son complejas y dependen de la
  naturaleza del sustrato y de las especies de
  microorganismos
• Herramientas como los microarrays ADN deberían
  ayudar a comprender mejor la acción de estos
  aditivos dentro de un ecosistema complicado, y
  ayudar a seleccionar nuevas generaciones de
  productos
• La levadura viva Saccharomyces cerevisiae CNCM
  I-1077 demuestra una gran incidencia en la
  eficiencia alimentaria de las vacas de leche

25
NRC Biotechnology Research Institute
Unit of Microbiology
Gracias por su atención!