Artigo - Estudo dos principais microorganismos do rúmen

Neste artigo se revisa o estudo dos principais microrganismos encontrados no rúmen mostrando assim, sua importância perante a degradação das forragens e suas restrições químicas, físicas e biológicas. A microbiota ruminal é constituída de três principais microorganismos, que são eles: bactérias, fungos e protozoários estes têm extrema importância para a segurança alimentar, exportações de carne e para a disseminação de resistência a antibióticos. Atualmente este tema se tornou pertinente devido a crescente ascensão do sistema confinado, que visa melhor eficiência alimentar do ruminante, pois se tem pouco tempo para chegar ao abate. O rúmen é um ecossistema anaeróbio, caracterizado pelo seu poder tampão, temperatura, pH e fermentação, assim este fica favorável aos microorganismos.

INTRODUÇÃO

O principal interesse produtivo do ruminante esta na capacidade de aproveitar os nutrientes na digestão microbiana. No rúmen e no ceco, o desenvolvimento desta microflora e microfauna permitem o aproveitamento eficiente de vários nutrientes, principalmente para produção de energia, essencial na manutenção corporal e produção do bovino, demonstrando assim a simbiose com o animal.

A microbiologia do rúmen é extremamente completa, devido ao grande número de organismos presentes, sendo que suas diferentes naturezas e as mudanças da população, resultam na mudança da dieta do animal hospedeiro (TEIXEIRA, 1991).Desta forma, o rúmen funciona como uma câmara de fermentação, devido a uma série de mecanismos fisiológicos do hospedeiro (SOEST, 1982).

A ação da população microbiana ruminal sobre o substrato (alimento do hospedeiro) tem especial importância, pois constitui a base da fisiologia digestiva dos ruminantes. Celulose e hemicelulose representam a maior fonte potencial de energia para os animais herbívoros (ARCURI, 1992), após a degradação pelos complexos enzimáticos de microorganismos animais. Além dessa fundamental capacidade hidrolítica, estes microorganismos reduzem acentuadamente o volume de matéria seca que passa à porção pós-ruminal do trato digestivo (DEHORITY, 1987).

O AMBIENTE MICROBIOLÓGICO DO RÚMEN

O rúmen apresenta características peculiares que o tornam um ecossistema anaeróbico propício para o desenvolvimento microbiano (TEIXEIRA, 1991). Neste ambiente podem se encontrar também leveduras, principalmente em animais jovens.

A temperatura ruminal está média entre 38º a 42º C e é mantida por mecanismos homeotérmicos do hospedeiro. O pH pode variar de 5 a 7, de acordo com o tipo de alimento ingerido, tempo de amostragem e freqüência de fornecimento de alimentos ao hospedeiro.

Segundo WILLIAMS (1986), os protozoários do rúmen são mais sensíveis que as bactérias e podem mesmo vir a desaparecer se o pH ultrapassar 7,8 ou decrescer abaixo de 5 embora as espécies bacterianas tenham seu crescimento reduzido em pH menor que 5.

A capacidade de troca catiônica do alimento ingerido e o volume de saliva afetam a capacidade tampão do conteúdo ruminal (MCDOUGALL, 1948; SOEST, 1982), já a baixa concentração de oxigênio no rúmen favorece o desenvolvimento de microorganismos anaeróbicos - bactérias anaeróbicas facultativas; apesar dos microorganismos serem predominantemente anaeróbicos, eles podem suportar algum oxigênio que chega ao rúmen através do alimento, água e difusão através da parede ruminal. Este oxigênio é rapidamente metabolizado e serve como doador de elétrons na fermentação. Os produtos resultantes da fermentação são continuamente removidos, não havendo acumulação (TEIXEIRA, 1991).

Inúmeras espécies de microorganismos podem ser encontradas no rúmen, porém a classificação destas como partes da microbiota ruminal só é possível se forem satisfeitos os seguintes requisitos, propostos por GALL e HUTTANEN (1950): ser anaeróbio; apresentar população mínima de 1000000 células/g de conteúdo ruminal fresco; ter sido isolada pelo menos dez vezes em dois ou mais animais; ter sido isolada em pelo menos duas diferentes localizações geográficas e produzir subprodutos encontrados no rúmen.

A enorme diversidade de organismos ruminais pode ser devida à complexidade do substrato. Sobrevivem e predominam as espécies que possuam em seu material genético as informações para a síntese de enzimas que compõe as vias metabólicas mais eficientes no aproveitamento da energia contida no substrato (HUNGATE, 1966).

BACTÉRIAS RUMINAIS

Apesar do papel dos protozoários e fungos do rúmen, é claro que são as bactérias os microorganismos mais ativos na atividade enzimática, apresentando assim mais de 20 espécies, com uma população entre 1.000.000.000 a 10.000.000.000 de células/g de conteúdo ruminal. A maioria é composta por bactérias anaeróbicas obrigatórias, podendo ser encontradas anaeróbicas facultativas (TEIXEIRA, 1991). Usualmente as bactérias são classificadas de acordo com a atuação de cada grupo no processo fermentativo.

Bactérias celulolíticas têm a habilidade bioquímica de produzir a enzima extracelular celulase, através da hidrólise da celulose. As celulases da maioria dos microorganismos celulolíticos estão associadas às células aderidas firmemente às partículas fibrosas do conteúdo ruminal. A adesão inicial é feita através do glicocálice, à medida que a celulase vai degradando a fibra, fragmentos do envelope celular passam a compor a matriz de glicocálice, dentro da quais as celulases continuam a digerir a celulose (CHENG; COSTERTON, 1986). Os ácidos graxos de cadeia ramificada são necessários ou estimulatórios para o crescimento das bactérias celulolíticas (DEHORITY, 1987).

As espécies celulolíticas produzem, principalmente, acetato, propionato, butirato, succinato, formato, CO2 e H2. São liberados também etanol e lactato (HUNGATE, 1966). Segundo DEHORITY (1987) E SOEST (1982), as principais espécies celulolíticas são Ruminococcus flavefaciens, Ruminococcus albus, Bacteroides succinogenes e Butyrivibrio fibrisolvens.

Bactérias Amilolíticas são as responsáveis pela degradação do amido (que se dá pela enzima amilase), que é fermentado por espécies do gênero Bacteroides, dentre estas, Bacteroides amylophilus que utiliza amido, mas é incapaz de utilizar glicose ou outros monossacarídeos. Já Streptococus bovis e Selenomonas ruminantium fermentam amido e açúcares solúveis produzindo acetato, quando estes carboidratos são abundantes mudam para acetato, formato e etanol ou acetato e propionato, quando a concentração de substrato prontamente fermentável decresce. Esta última rota metabólica maximiza a produção de ATP (RUSSELL, 1988).

Muitas das bactérias Proteolíticas presentes no rúmen são capazes de degradar proteína. Existem, no entanto, bactérias essencialmente proteolíticas, que utilizam aminoácidos como fonte de energia primária (Bacteroides amylophilus e Bacteroides ruminicola). A proteína contida no alimento do animal pode ser degradada pelos microorganismos de rúmen, com liberação de amônia e ácidos graxos voláteis. A excessiva degradação protéica no rúmen causa redução na retenção de N pelo hospedeiro (TEIXEIRA, 1991; SOEST, 1982).

As Bactérias Metanogênicas (anaeróbias estritas) são organismos capazes de produzir metano. Estas bactérias são especialmente importantes para o ecossistema ruminal, pois tem um papel importante na regulação de fermentação pela remoção das moléculas de H2 (TEIXEIRA, 1991). Praticamente todo o metano é produzido pelas reações de redução de CO2 acoplada ao fornecimento de elétrons pelo H2. O gênero Methanobacterium desempenha importante papel no equilíbrio químico no ecossistema ruminal ao utilizar o H2 presente no meio, contribuindo para a regeneração de co-fatores, como NAD+ e NADP+ (ARCURI, 1992).

OS PROTOZOÁRIOS DO RÚMEN

Os protozoários foram os primeiros microorganismos identificados no rúmen. Em geral, a presença de protozoários aumenta diretamente a digestão da celulose e hemicelulose (FONDEVILA, 1998).

Sua população é de 100.000 a 1.000.000 células/ml de conteúdo ruminal (TEIXEIRA, 1991). São organismos unicelulares, anaeróbios, não patogênicos, 10 a 100 vezes maiores que as bactérias (HUNGATE, 1966; OGIMOTO; IMAI, 1981.,CITADO POR ARCURI, 1992). As bactérias constituem a fonte preferida de nitrogênio para os protozoários (WILLIAMS, 1986). Esta predação reduz significamente o número de bactérias no líquido ruminal (HUNGATE, 1966). Uma característica peculiar dos protozoários é o quimotactismo, isto é, a capacidade de se locomoverem num gradiente de concentração de nutrientes, como, açúcares ou glicoproteínas (ARCURI, 1992).

Normalmente, os protozoários encontrados no rúmen são da classe dos Ciliados, dividindo-se nas subclasses Holotricha e Pirotricha (TEIXEIRA, 1991). DEHORITY; TIRABASSO (1986) sugerem que a subclasse Holotrica é capaz de se fixar à parede do retículo e imigrar em direção ao rúmen logo após a alimentação do hospedeiro, possivelmente em função do aparecimento de açúcares solúveis. Através deste mecanismo, os holotrica são seletivamente retidos no rúmen, o que permite a estes organismos sobreviver neste ambiente, uma vez que têm um tempo de geração muito longo (LENG; NOLAN, 1984).

A predação por grandes populações de protozoários reduz a biomassa bacteriana livre no líquido ruminal; aumenta a reciclagem intra-ruminal e a perda de N pelo hospedeiro e reduz o fluxo de proteína microbiana para o intestino delgado do hospedeiro, tanto pela menor população bacteriana quanto pela retenção dos protozoários no rúmen (LENG e NOLAN, 1984). A defaunação - que nutricionalmente é definida como a eliminação dos protozoários do rúmen – pode trazer alguns benefícios. Em alguns programas de alimentação, como em dietas com alta energia e ricas em nitrogênio não protéico a ausência dos protozoários resulta numa melhoria da performance do animal. Mas contrapondo a presença de protozoários no rúmen parece ser um fator fundamental para o processo fermentativo, pois através da ingestão de partículas alimentares e pelo armazenamento de amido, eles podem controlar o nível de substrato disponível, uniformizando a fermentação entre os intervalos de alimentação. Os protozoários podem servir também como uma fonte contínua de nitrogênio para as bactérias após sua morte e degradação, pois grande parte da proteína do protozoário foi formada a partir da proteína das bactérias (TEIXEIRA, 1991).

FUNGOS DO RÚMEN

Um grupo de ficomicetos anaeróbios produtores de zoósporos flagelados, antes considerados, erroneamente, como protozoários flagelados, é parte integrante da microbiota ruminal de animais alimentados com dietas fibrosas (RUSSELL, 1988). Segundo (TEIXEIRA 1991), (ORPIN, 1975), foi o primeiro pesquisador a definir a existência de tais fungos.

Pouco ainda se sabe sobre a importância dos fungos no processo fermentativo, mas parece que eles estão associados com a degradação da fibra no rúmen e estão presentes em grande número quando a dieta é rica em forragens. Os zoósporos móveis aderem-se aos fragmentos das forragens, invadindo os tecidos vegetais através de talos e rizóides (BAUCHOP, 1981).

A ação dos fungos sobre a parede vegetal diminui a rigidez estrutural das forragens (BORNEMAN, 1986. CITADO POR FONDEVILA, 1998), e favorece a ruptura das partículas de forragens, aumentando também a superfície acessível para a ação das bactérias (FONDEVILA, 1998).

MYCOPLASMAS

Descrito por HUNGATE, em 1966, como microorganismo anaeróbico obrigatório encontrado no rúmen, que degradava células bacterianas e apresentava habilidade em hidrolisar caseína. Entretanto, pouco se sabe sobre a importância destes microorganismos no ecossistema ruminal.

DISTRIBUIÇÃO E VARIAÇÕES DOS MICROORGANISMOS RUMINAIS

O rúmen apresenta conteúdo heterogêneo composto pelas digestas líquida e sólida, sujeitas a fluxos diferentes e distribuição distinta da microbiota (CZERKAWSKI, 1986). CHENG; COSTERTON (1986) dividem a microbiota em três populações básicas: a população do líquido ruminal, a dos microorganismos aderentes à fração sólida da digesta e a população ligada à parede do rúmen. A primeira compreende a porção mais investigada, devido aos métodos clássicos de coleta de amostra e cultivo do conteúdo ruminal. Os autores incluem nesta população os microorganismos aptos a colonizarem alimentos recém-ingeridos ou superfícies de tecidos recém-expostos, o que os leva a atribuir-lhes grande atividade metabólica. A população aderente à fração sólida está relacionada com a degradação dos alimentos fibrosos (STEWART, 1986). Um grupo totalmente distinto ocorre na parede do rúmen. São anaeróbios facultativos, que digerem células epiteliais mortas e apresentam importante atividade ureolítica, num ambiente situado na interface entre o tecido bem oxigenado e o conteúdo ruminal anaeróbio (CZERKAWSKI, 1986). A população microbiana encontrada no rúmen, normalmente pode sofrer uma pequena variação, dependendo da espécie de animal, da localização geográfica, da dieta e outros. A variação entre o número e quantidade de bactérias no rúmen, em geral é muito pequena, quando comparada com a variação na população de protozoários, estes podem variar em número e tipo entre animais de mesmo grupo genético. Algumas vezes, a variação na população de protozoários pode afetar a população bacteriana, devido a predação existente entre estes microorganismos (TEIXEIRA, 1991).

CONCLUSÃO

A compreensão da população de microorganismos ruminais é fundamental para o fornecimento de condições necessárias ao melhor aproveitamento do processo de digestão. Assim, se gera sistemas mais eficientes de nutrição unindo produtividade e diminuição de custos.

É fato que, tanto o próprio animal ganha quanto os microorganismos pelo processo de simbiose, mas é necessário maior clareza para não afetar outros meios em vez de aumentar a digestão.

1Estudante de Ciências Biológicas do Centro de Ensino Superior de Juiz

de Fora (CES-JF), bolsista da Embrapa Gado de Leite. E-mail:

alvimduque@yahoo.com.br;

Estudante de mestrado em genética da UFV;

Analista da Embrapa Gado de Leite.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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