Microorganismos del rumen y balance de aminoácidos metabolizables

Los microorganismos del rumen, incluidas las bacterias, los protozoos, los hongos y las arqueas, de manera conjunta tienen un papel primordial en el suministro de AA metabolizables en los rumiantes al utilizar diferentes fuentes de N (proteína verdadera y nitrógeno no-proteico).

Las arqueas han sido las últimas en descubrirse y en estudiarse. Las ruminales tienen como función principal la metanogénesis, es decir, la producción de metano (CH4).

• Son anaerobias, y viven en simbiosis con otras bacterias, utilizando subproductos de la digestión (como el hidrógeno y el dióxido de carbono) para crear metano. Este proceso es crucial para la fermentación del alimento y la nutrición del animal.

Viven adheridas a partículas y protozoos, como endosimbiontes dentro de los protozoos y en el epitelio del rumen.

• Las proteasas microbianas descomponen las proteínas en péptidos y AA libres, que pueden asimilarse como MCP o descomponerse hasta en ácidos grasos volátiles, CO2 y NH3, en el proceso de desaminación. Cada uno de estos microorganismos tiene distintos requisitos y son responsables de procesos metabólicos diferentes.

Clasificándolos por su función en la degradación de proteínas, las proteolíticas inician la descomposición de proteínas hacia grandes, medianos y pequeños péptidos. Las peptidolíticas degradan los péptidos restantes en AA individuales.

Las últimas son el grupo que desaminan a los aminoácidos libres y eliminan los grupos amino de las cadenas carbonadas, liberando NH3, que puede ser utilizado por los otros microorganismos para la síntesis de AA metabolizables. Por otro lado, la actividad ureolítica da como resultado NH3 y CO2.

• Las bacterias desempeñan un papel central en la degradación de las proteínas debido a su participación en todas las etapas. La proteólisis la realizan en la pared celular bacteriana o externamente si las proteasas se secretan hacía el líquido ruminal.

Las ureolíticas se encuentran predominantemente cerca del epitelio del rumen y se conocen como bacterias epimurales (Nagaraja, 2016), su situación sugiere la gran importancia de estas bacterias en el reciclaje de N.

Los protozoos están presentes principalmente en la fase líquida del rumen, aprovechan partículas pequeñas, bacterias y protozoos más pequeños, lo que en general hace más lenta la fermentación y la degradación de las proteínas particularmente. Dependen de bacterias vivas engullidas para la liberación de nutrientes de las partículas de los alimentos, como la glucosa y los péptidos (Park et al., 2017).

• Son capaces de desaminar AA, aunque no pueden hidrolizar la urea ni utilizar el NH3, lo que reduce la eficiencia de utilización del N.

La principal función de los hongos es facilitar el acceso de las bacterias a las proteínas encerradas por polisacáridos estructurales, o sea, la degradación de la fibra. Los hongos carecen de la capacidad de hidrolizar la urea, por lo que se benefician de dietas con proteína verdadera.

La concentración de hongos fue un 28% más baja en el rumen de las vacas lecheras alimentadas con dietas bajas en proteína.

• Los hongos representan el 10% de la biomasa microbiana del rumen (Nagaraja, 2016); por lo tanto, su contribución a la composición de MCP es baja. A pesar de su escasa presencia, son importantes degradadores de fibras insolubles, por lo tanto, desempeñan un papel importante en la disponibilidad de proteínas a partir de subproductos fibrosos.

Debido a la estructura de las proteínas, las especies microbianas tienen que adherirse a las partículas del alimento y trabajar sinérgicamente, para que el sustrato se fermente. Esto puede afectar a la población microbiana predominante, y modificar las degradaciones posteriores.

• Los animales con una elevada producción contienen comunidades microbianas diferentes a las de los animales ineficientes o con bajas producciones en general, lo que indica que las poblaciones específicas pueden proporcionar mejores rendimientos.

Por otro lado, el microbioma del rumen se ha relacionado con la capacidad de ingesta de materia seca de las vacas lecheras, y puede llegar a representar alrededor del 36% de la variación de la eficiencia alimentaria. En general, las vacas más eficientes presentan una comunidad de microbioma menos diversa que las vacas menos eficientes.

Además, los cambios en la microbiota afectan la composición de los AA y la digestibilidad intestinal, debido a las características de cada población, lo que afecta el suministro de AA. La literatura actual proporciona escasos datos sobre este punto, lo que dificulta su incorporación en los modelos de predicción.

La población microbiana también depende de las características específicas de la dieta, la tasa de paso y las condiciones del rumen (p. ej., pH, ósmosis y temperatura); Ensayos recientes han estudiado estrategias para modular la microbiota ruminal a través de la manipulación de la dieta.

Además, la suplementación con aditivos como extractos de plantas, reduce la concentración de NH3. El uso de probióticos, en general levaduras, reduce el desperdicio de N aumentando la síntesis microbiana. Los isoácidos, por su parte, estimulan la degradación indirecta de fibra y la conversión de RDP en proteína microbiana.

Sin embargo, todavía conocemos muy poco sobre cómo los cambios en la población microbiana afectan la síntesis de MCP y el suministro individual de AA metabolizables para las vacas lecheras lactantes y en general para los rumiantes.

• Como dato medio de la mayoría de los ensayos consultados, la proteína microbiana aporta un 82,4% del suministro de AA, con una digestibilidad aproximada del 80% según el NRC, 2001. Su importancia también radica en las similitudes de los perfiles de aminoácidos esenciales de la proteína microbiana, con la caseína y los músculos.

Es particularmente importante para las vacas lecheras de alta producción, ya que la producción de proteína láctea depende principalmente del suministro de 5 AA esenciales como se puede ver en el cuadro 1. De estos 5 aminoácidos, solamente en la metionina hay una falta teórica.

Cuadro 1. Porcentajes de aminoácidos de la proteína microbiana ruminal y de la proteína de la leche (Lapierre et al., 2012).

Por lo tanto, en dietas bajas en proteínas, cuando se maximiza la síntesis de proteína microbiana a partir de proteína degradable, o con una pequeña parte de nitrógeno no proteico, y a su vez se quiere maximizar la producción láctea, se hace necesario la suplementación especialmente de metionina para garantizar un suministro suficiente de AA esenciales para la síntesis de proteínas de la leche.

• El modelo adoptado por NASEM (2021) representa sin duda un avance en la predicción de la proteína de la leche.

Seleem et al. (2024) evaluaron el modelo NASEM (2021) comparando 3 tratamientos:

• Tratamiento 1: dieta control alta en proteína (16,4% de proteína).

• Tratamiento 2: dieta media (15% de proteína).

• Tratamiento 3: baja en proteínas (13,6% de proteína).

Suplementadas con lisina y metionina, en todos los tratamientos el modelo subestimó consistentemente el contenido de proteína de la leche, lo que demuestra la falta de análisis de resultados biológicos de las dietas de las vacas lecheras.

Además, no tiene en cuenta de forma correcta el alcance del reciclaje de N, bajo proporciones reducidas de RDP en una dieta moderadamente baja en proteína, debido principalmente a que en el modelo NASEM (2021), el reciclaje de N-urea se basa en solo 4 estudios.

• Por lo tanto, la estimación precisa de esta fuente de AA sigue presentando dificultades y compromete las predicciones del suministro de AA, perjudicando el rendimiento de los animales y la eficiencia general del modelo.

Los estudios que investigan la modulación ruminal deben incluir la caracterización del perfil de AA, porque los cambios en la población microbiana pueden alterar la composición de MCP, influyendo en su calidad y contribución al suministro de AA de los animales. Más datos sobre la composición y digestibilidad de AA de RUP mejorarían las predicciones de disponibilidad de AA.

• Además, el metabolismo nefrítico y los transportadores ruminales juegan un papel crucial en la conservación del nitrógeno, que puede ser específico del individuo. Por lo tanto, la comprensión de las variaciones dependientes de los animales en el metabolismo del N podría contribuir a mejorar la eficiencia general del N.