María Cerón Cucchi, lidera el laboratorio de Microbiología del Rumen del Instituto de Patobiología del Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas del INTA Castelar que aportó los materiales para aislamiento. Participó también Silvio Cravero, del Instituto de Biotecnología del mismo centro. Ambos son miembros del Consorcio Rumen Microbial Genomics Network, auspiciado por el GRA (Greenhouse Gases Research Alliance).
Es uno de los proyectos más grandes de cultivo y secuenciación específicos hasta la fecha. Hay que destacar que “el valor del catálogo reside en que permitirá a los científicos disponer de estas bacterias ruminales y arqueas metanogénicas aisladas y secuenciadas para posteriores estudios”, afirmó Cravero.
La colección Hungate1000 contribuirá a brindar respuestas sobre qué ocurre exactamente dentro de un rumen. La importancia de este aporte científico se debe a que estos datos ayudan a comprender la diversidad y función del microbioma ruminal, constituyéndose en un avance fundamental para desarrollar metodologías eficientes en la producción de alimentos a nivel mundial, derivada de los rumiantes. También tiene implicancias en salud animal y nutrición (con la valoración de dietas y aditivos) y reducción de gases de efecto invernadero, y se asume que se podrán identificar por biotecnología aquellas enzimas relevantes para la conversión de materias primas vegetales en biocombustibles y otros bioproductos.
Comenta Cerón que “el objetivo fue generar una colección de genomas de bacterias y arqueas de origen ruminal, que constituyan un recurso biológico que se puede utilizar para avanzar en el estudio de secuencias de genes con propiedades a nivel industrial y, en la comprensión de la fisiología ruminal y de la complejidad del funcionamiento simbiótico de comunidad microbiana del rumen, ayudando a encontrar un equilibrio entre la alimentación del ganado, los índices vinculados a eficiencia en producción y la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero“. Esto es crucial para sustentar el desarrollo de tecnologías y prácticas que respaldan la producción eficiente de alimentos a nivel mundial de los rumiantes.
“Al comienzo del consorcio, en 2012, solo había genomas de referencia para 14 bacterias y un metanógeno”, dice la investigadora y agrega “el catálogo de Hungate ahora contiene un total de 501 genomas, 410 recientemente generados a partir de este estudio, más 91 adicionales ya disponibles públicamente de otros estudios”. Se debe recalcar que toda la información y materiales fue generado a través de los esfuerzos coordinados de investigadores de microbiología del rumen de varios laboratorios. Argentina fue el único país latinoamericano que integró el equipo internacional y se estima que se ha secuenciado el 75% de los géneros bacterianos presentes en el rumen bovino.
Esta investigación muestra un gran avance científico dado que la productividad del ganado rumiante depende de la comunidad de microorganismos (microbiota) presentes en el rumen, que fermenta los polisacáridos indigeribles de la planta en nutrientes utilizados para el crecimiento. Uno de los aspectos más relevantes de este trabajo fue generar conocimientos para comprender las funciones realizadas por la microbiota del rumen, que contribuirá en la generación de estrategias para reducir la producción de gases de efecto invernadero por los rumiantes y para desarrollar biocombustibles a partir de lignocelulosa, por ejemplo. El impacto es amplio, ya que además permitirá estudiar estos microorganismos en función de la nutrición y salud animal, aportando estrategias en dietas y aditivos.
Explica María Cerón “aunque la ecología microbiana del rumen ha sido durante mucho tiempo el foco de la investigación, al comienzo del proyecto los genomas de referencia solo estaban disponibles para unos pocos microorganismos, por lo que la diversidad genómica estaba en gran parte inexplorada. Mediante esta publicación se da un gran impulso a la biología del microbioma del rumen, con el lanzamiento de 410 bacterias cultivadas y arqueas junto con sus genomas de referencia de alta calidad”.
Ambos investigadores afirman en considerar que los resultados de este trabajo contribuirán a conocer más en profundidad la diversidad y funcionamiento de las bacterias y arqueas presentes en el contenido ruminal. Además, aportará información para el diseño y monitoreo de estrategias de mitigación de la producción de metano en los sistemas de producción animal y constituirán una línea de base para el estudio de microbiotas de otras especies animales y a nivel de la generación de biocombustibles, dietas y aditivos, vacunas contra metanógenos, como contribución en salud animal y nutrición. También la información generada será una guía para el ensamblado in vitro de genomas derivados de análisis metagenómicos”.
El proyecto es la culminación de una propuesta que se originó en una reunión de microbiólogos del rumen celebrada en Nueva Zelanda en febrero de 2011, donde Silvio Cravero fue uno de los participantes extranjeros invitados. El tema fue identificado como un proyecto prioritario por el Grupo de Investigación en Ganadería de la Global Research Alliance. El apoyo para este trabajo también proviene del Joint Genome Institute (JGI) del Departamento de Energía de los EE. UU. a través de su Community Sequencing Program (CSP).
Estas bacterias en el rumen son fundamentales porque son las responsables de convertir la materia vegetal digerible en energía para obtener carne o leche y otros componentes de la dieta en vacas y ovinos
“La figura de Consorcio es la clave para acelerar los avances científicos y evitar competencias improductivas entre laboratorios, beneficiándose de esta manera la comunidad de investigadores que trabajan en el tema”, enfatizó Cravero.
La magnitud de este proyecto requirió la colaboración internacional que hoy se vio plasmada en el catálogo Hungate1000 donde participaron 55 investigadores de 19 institutos pertenecientes a 9 países: Nueva Zelanda, Australia, Estados Unidos, Canadá, Japón, Francia, Gales, Escocia y Argentina.
La productividad del ganado rumiante depende de la microbiota del rumen, que fermenta los polisacáridos indigeribles de la planta en nutrientes utilizados para el crecimiento. Comprender las funciones llevadas a cabo por la microbiota del rumen es importante para reducir la producción de gases de efecto invernadero por parte de los rumiantes y eficientizar la degradabilidad de la dieta vegetal ingerida, con la potencialidad de ser una plataforma para desarrollar biocombustibles a partir de lignocelulosa. Las 410 bacterias y arqueas cultivadas, junto con sus genomas de referencia representan a todas las familias de archaeas y bacterias cultivadas asociadas al rumen al presente. En el trabajo se evaluaron potenciales vías metabólicas involucradas en la degradación de polisacáridos, la producción de ácidos grasos de cadena corta y las vías de metanogénesis, y además aislamientos no caracterizados fueron categorizados taxonómicamente.
Ruth Heinz, directora del Instituto de Biotecnología del CICVyA INTA CNIA sostuvo que “el trabajo y presencia de investigadores de los Institutos de Biotecnología y Patobiología en el consorcio internacional es relevante, no solo por la contribución al conocimiento general de la diversidad y función del microbioma ruminal sino por sus implicancias en temas de alto impacto para el sector de agro industrial a través de aplicaciones en salud, producción animal, reducción de gases de efecto invernadero así como en la conversión más eficiente de materias primas vegetales lignocelulolíticas en biocombustibles y bioproductos. El trabajo en consorcios internacionales abre además nuevas posibilidades de cooperación para los grupos de trabajo, contribuyendo al crecimiento profesional de los investigadores en áreas de vacancia a través de la incorporación de nuevas estrategias de análisis genómico, metagenómico y bioinformático”.
Por su parte, Ariel Pereda, director del Instituto de Patobiología manifestó “la participación del grupo de investigación de Microbiología Ruminal en este consorcio ha permitido poder incorporar y analizar los aislamientos realizados en los últimos años en el Instituto en el marco de un trabajo colaborativo internacional. Poder tener la información sobre la microbiota ruminal nos permitirá diseñar productos y estrategias que permitan maximizar el rendimiento y productividad ganadera, así como también mejorar los factores de emisión de gases efecto invernadero que resultan de la de la producción animal. El Instituto tiene un claro foco puesto en desarrollar conocimientos, capacidades y tecnología para mejorar los índices productivos, a través de las mejoras en salud, nutrición y reproducción animal, haciendo hincapié en la sustentabilidad ambiental y el bienestar animal. Este tipo de trabajos consolidan el posicionamiento del instituto como referente en este sentido”
¿Cuál fue el objetivo del trabajo?
El objetivo fue generar una colección de bacterias y arqueas de origen ruminal y sus respectivos genomas secuenciados y analizados, que sean de dominio público y que constituyan así un recurso biológico que se pueda utilizar para avanzar en la comprensión de la fisiología ruminal. Es como un catálogo para identificar secuencias de genes codificantes para bioproductos de interés industrial, ayudando a encontrar un equilibrio entre el consumo, producción y la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. De 410 aislamientos que forman la colección al presente, 337 son de origen bovino, que es el rumiante al que se le han dedicado la mayor cantidad de estudios relacionados al rumen.
INTA
