FISIOLOGIA DA DIGESTÃO

Asunción - 15/07/13
DISCIPLINA:
FISIOLOGIA DA DIGESTÃO
AULA:
MICROBIOLOGIA DO RÚMEN
Prof. André Gustavo Leão
Pós-Doutorando em Zootecnia
Dourados - MS
29/08/13
INTRODUÇÃO
FISIOLOGIA DA DIGESTÃO DE
RUMINANTES
MICROBIOLOGIA DO RÚMEN
INTRODUÇÃO
Sucesso dos ruminantes no processo evolutivo
atribuído à existência de uma relação simbiótica do
hospedeiro com os microorganismos ruminais
KOZLOSKI (2009)
COMO?
INTRODUÇÃO
Animal = alimento + ambiente
Relação
benéfica
recíproca
AGVs
PTN
microbiana
Crescimento dos microorganismos
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.
BACTÉRIAS
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
ARCURI et al. (2006)
Bactérias celulolíticas ou fibrolíticas (Gram-positivas)
Associam-se às fibras dos alimentos e degradam componentes da parede
celular dos vegetais (celulose e hemicelulose);
BACTÉRIAS
Bactérias amilolíticas e pectinolíticas (Gram-negativas)
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
Continuação
Bactérias proteolíticas (aminolíticas)
A maior parte das espécies bacterianas ruminais degrada proteínas, mas
muitas são incapazes de crescer, tendo aminoácidos como único substrato.
BACTÉRIAS
Continuação
Gram-positivas
Metano
Anaeróbios facultativos
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.
BACTÉRIAS
Bactérias anaeróbias
facultativas aderidas
às células do epitélio ruminal
BACTÉRIAS
≤ 17% EM
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);
Bom ou ruim?
Obs.:
- predação das bactérias pode reduzir a taxa de colonização
das partículas do alimento ingerido e consequentemente, a
taxa de degradação da fibra.
INTERAÇÕES ENTRE POPULAÇÕES DA
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;
INTERAÇÕES ENTRE POPULAÇÕES DA
MICROBIOTA RUMINAL
ARCURI et al. (2006)
DÚVIDAS?
EFEITOS DA DIETA NA MANUTENÇÃO E NA
ESTABILIDADE DA MICROBIOTA RUMINAL
Microbiota ruminal
(estabelecida plenamente)
Fatores
desenvolvimento e estabilidade
Composição da dieta = + comum e + importante (estabilidade)
Frequência de fornecimento da dieta
Quantidade e forma que o alimento é fornecido
(forragem madura x grãos)
EFEITOS DA DIETA NA MANUTENÇÃO E NA
ESTABILIDADE DA MICROBIOTA RUMINAL
Padrões de variação diária de populações de bactérias
Diluição inicial
ingresso de alimento fresco,
água e volumes >s de saliva
Taxa de crescimento
concentração de nutrientes
crescimento da microbiota
< taxa de diluição
taxa de crescimento dos microrganismos
acréscimo de nutrientes que, excede à taxa de diluição
(> volume de água e saliva)
EFEITOS DA DIETA NA MANUTENÇÃO E NA
ESTABILIDADE DA MICROBIOTA RUMINAL
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
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.
ADITIVOS ALIMENTARES
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).
ADITIVOS ALIMENTARES
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)
ADITIVOS ALIMENTARES
ADITIVOS ALIMENTARES
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.
ADITIVOS ALIMENTARES
REDUÇÃO
ADITIVOS ALIMENTARES
REDUÇÃO NA
PRODUÇÃO DE
METANO
APROVEITAMENTO
DE ENERGIA
REDUÇÃO NOS
CUSTOS COM
ALIMENTAÇÃO
ADITIVOS ALIMENTARES
ADITIVOS ALIMENTARES
CONSIDERAÇÕES...