Atividades sobre microbiota ruminal: bactérias, protozoários, fungos, papel da comunidade no rúmen, técnicas de estudo, etc.

Prévia do material em texto

Renata Scavazza - Zootecnia UFRGS 2018/2 
CBS06049 Microbiologia e Parasitologia para Zootecnia 
 
 
Atividade sobre o artigo:  
“Microbiota ruminal: diversidade, importância e caracterização” 
 
Orientações: 
As questões abaixo deverão ser respondidas individualmente com a leitura do artigo enviado. 
Este artigo será objeto de estudo para a próxima prova. 
 
1. Quais as características físicas do ambiente ruminal? E também caracteriza este                     
ambiente em relação a sua composição microbiana. 
Os ruminantes possuem um sistema digestivo peculiar com características físicas 
próprias bem definidas, a ressaltar: a anaerobiose - conservada pelos gases resultantes 
da fermentação (CO​
2​, CH​4 ​e alguns traços de Hidrogênio), temperatura constante (38ºC 
a 42ºC) regulada pelos próprios mecanismos fisiológicos de termorregulação e pH 
também constante (entre 6 e 7) devido à remoção dos ácidos na fermentação, 
neutralizados pela saliva e baixo teor de O​
2
no compartimento. Estas características 
implicam limitações para as populações a habitarem-no, sendo povoado então por 
microrganismos obrigatoriamente anaeróbios como fungos (8% da microbiota total), 
protozoários não-patogênicos (2% dos produtos finais da fermentação), micoplasmas, 
bacteriófagos e bactérias (60 a 90% da biomassa microbiana). O número exato ainda é 
incerto, no entanto acredita-se que foram quantificadas mais de 400 espécies, 5 a 10% 
da população total, oriundas do trato digestório de vários animais, estabelecendo 
interações harmônicas interespecíficas e favorecendo o ruminante ao aproveitamento de 
uma gama de alimentos para obtenção de nutrientes. 
 
2. As bactérias presentes no rúmen são classificadas de acordo com os substratos                       
de degradação. Como elas estão classificadas? E o que isto promove dentro do                         
ambiente ruminal? 
Segundo o tipo de substrato em que agem e nos produtos finais da fermentação, são 
classificadas como: 
a) Fermentadoras/ degradadoras de carboidratos estruturais (celulolíticas): em sua 
maioria gram-positivas, degradam celulose para formar acetato, dióxido de carbono, 
succinato, gás hidrogênio, formato, butirato, lactato e etanol; 
b) Fermentadoras/ degradadoras de carboidratos não-estruturais: 
b.1) Amilolíticas – gram-negativas, capta amido para formar propionato (precursor 
para formação de C​
6​H​12​O​6​); 
b.2) Pectinolíticas – podem utilizar NH​
3, ​aminoácidos ou peptídeos para a síntese de 
proteínas, produzindo acetato, formato e etanol; 
c) Lipolíticas – hidrolisam triglicerídeos em glicerol e ácidos graxos; 
d) Proteolíticas – gram-positivas, em sua maioria capazes de degradar a proteína, 
geram NH​
3​ como substrato utilizável pelas celulolíticas; 
e) Metanogênicas – gram-positivas, utilizam substratos das celulolíticas (CO​
2
e H​
2​) para 
sintetizar CH​
4​; 
 
3. Qual o impacto do ambiente ruminal, sobre as bactérias celulolíticas? 
Algumas mudanças no ambiente ruminal podem prejudicar a digestão da celulose por 
estas bactérias. Quando a dieta dos animais é baseada em pastejo, esta consta nível 
alto de celulose e carboidratos solúveis ingeridos e, nesta situação, o pH não tem 
diminuição acentuada. Mas caso ocorra diminuição do pH abaixo de 5,9, o crescimento 
das bactérias celulolíticas minimiza ou até cessa, pois esta instabilidade nos valores 
Renata Scavazza - Zootecnia UFRGS 2018/2 
CBS06049 Microbiologia e Parasitologia para Zootecnia 
 
ocasiona acúmulo de ânions na célula bacteriana, resultando em uma toxicidade. Outro 
fator é a inclusão de grãos na alimentação, como contém concentrações de amido, 
acaba favorecendo então a digestibilidade pelas bactérias Amilolíticas, resultando em 
competição entre os grupos de bactérias. 
 
4. O que já pode ser observado em relação a flutuação e ou variações nas                           
populações de protozoários dentro do rúmen? 
Segundo estudos, as populações de protozoários ruminais são encontradas nas seis 
primeiras semanas de vida do animal e apresentarão variações em relação ao período 
do dia, explicada de modo que a saliva é considerada a principal fonte de protozoários 
dos ruminantes, logo sua produção bem como a idade, metabolismo, saúde, ingestão de 
água, alimento (dieta disponibilizada) e a base nutricional influenciam nesta variação, por 
exemplo, uma dieta à base de concentrados favorece a predominância de protozoários 
do gênero ​Entodinium spp​, em dietas com alto teores de fibras encontram-se em maior 
quantidade os gêneros ​Diplodinium spp. e ​Epidinium spp - sua celulase auxilia na 
degradação deste material, relata-se maior diversidade de espécies e algumas 
exclusivas quando oferecido feno em relação à dietas de grãos, também com outras 
espécies exclusivas. 
 
5. Qual o percentual da população fúngica dentro do rúmen e como eles podem ser                           
veiculados para outros animais? 
Os fungos representam 8% da massa microbiana ruminal quando a dieta ofertada for de 
alta concentração de fibras. Respondem à digestão da parte lignificada da parede celular 
de forrageiras diminuindo a rigidez estrutural, fator vinculado à alta atividade de enzimas, 
locomoção e aderência para degradação de celulose e hemicelulose, aumentando assim 
a superfície de aderência para as bactérias. Podem ser adquiridos nos próprios 
alimentos e bebedouros, onde se aderem à superfície, ou transmitidos pelo ar, primeiro 
contato materno e gotículas salivares. 
 
6. O que ocorreria com os herbívoros se não fosse a presença da microbiota                         
ruminal? Qual o real papel desta comunidade dentro do rúmen?  
Em geral, em herbívoros pode-se comparar que o intestino é proporcionalmente maior, 
visto que os vegetais são menos nutritivos comparado a outros modelos alimentares e 
de difícil digestão: nenhum vertebrado possui enzimas capazes de hidrolisá-las. Um 
mecanismo fisiologicamente útil e “inteligente” é albergar então microrganismos em 
compartimentos (ceco ou estômago) deste modo, uma relação associativa é 
estabelecida, com os hospedeiros oferecendo o ambiente essencial para 
desenvolvimento e colonização dos microrganismos e estes cooperando na degradação 
de fibras e oferecendo nutrientes resultantes de seus processos. 
 
7. A Microbiota Ruminal pode ser alterada? De que maneira isso já foi observado? 
Alterações significativas da microbiota estão vinculadas principalmente à alimentação 
destes animais, visto que a fermentação dos alimentos altera o pH pela produção de 
ácidos logo após a ingestão, diminuindo a população de protozoários, bactérias e fungos 
menos resistentes. Estudos testando diferentes ofertas de alimento e contabilizando a 
microbiota, indicam que também a nutrição tem papel importantíssimo neste assunto, 
como relatado anteriormente, dependendo da alimentação à campo (tipo de gramínea/ 
forrageira, estações do ano) , concentrados, feno ou até mesmo grãos, irão afetar o 
desenvolvimento microbiano caso ocorrerem baixos teores protéicos e a disponibilidade 
de N no compartimento ruminal também pode ser uma condição limitante. 
Renata Scavazza - Zootecnia UFRGS 2018/2 
CBS06049 Microbiologia e Parasitologia para Zootecnia 
 
 
8. Para o estudo da microbiota que técnicas vêm sendo realizadas?Quais as                       
vantagens e desvantagens? 
⬥ Roll-tube technique​: cultura de bactérias em tubos de ensaio 
Vantagens – ótimo para espécies extremamente sensíveis a O​
2​, pode ser 
inspecionado a qualquer momento sem perturbar as condições de anaerobiose 
Desvantagens – tecnicamente difícil para isolamento de estirpes, não permite 
identificação de algumas culturas pois essas tem que ser feitas in vitro. 
⬥ In vivo​: experimentação feita em tecido vivo 
Vantagens – os organismos mantêm suas atividades vitais com observação feita 
imediatamente após a coleta 
Desvantagens – normalmente os organismos identificados representam somente 
uma parte da população microbiana, de valor subestimado. 
⬥ PCR (Reação em Cadeia Polimerase)​: multiplicação de determinados trechos de 
DNA utilizando o primer de PCR. 
Vantagens – pode ser aplicável em métodos de isolamento e identificação com 
utilização de relativamente pouca quantidade de matriz 
Desvantagens – precisa-se conhecimento prévio da sequência e fácil amplificação 
de erros. 
⬥ qPCR (PCR quantitativa em Tempo Real)​: permite quantificação do alvo durante o 
processo de amplificação do DNA 
Vantagens - possibilita a quantificação das bactérias e protozoários alvo com maior 
acurácia. 
Desvantagens - permite a detecção dos produtos de reação apenas no final de 
todos os ciclos 
⬥ Quimiostatos​: biorreator ao qual um novo meio de cultura é continuamente 
adicionado 
Vantagens - alta precisão e confiabilidade quando aplicado em meios de cultura 
Desvantagens - taxas de crescimento microbiano estão relacionadas às taxas de 
diluição aplicadas e necessidade de um nutriente limitante (C ou N) 
⬥ Metagenômica​: estudo de material genético recuperado diretamente a partir de 
amostras ambientais 
Vantagens – formulação de probióticos específicos 
Desvantagens - tende a focar em classes majoritárias de um conjunto de dados e 
não forneceram bons resultados em populações de baixa abundância 
 
9. Como os protozoários podem ser estudados? 
Em relação à quantificação, pode ser feita ​in vivo de contagem através de câmaras, e 
metodologias baseadas na utilização de observações em microscópio, a qPCR também 
tem sido utilizada. Estes estudos juntamente com o avanço das técnicas podem 
esclarecer as interações entre as populações microbianas com o hospedeiro, a fim de 
otimizar a eficiência nutricional e a saúde dos animais. 
 
 
 
Renata Scavazza - Zootecnia UFRGS 2018/2 
CBS06049 Microbiologia e Parasitologia para Zootecnia 
 
10. Quais os benefícios dos estudos de metagenômica? 
Fornece uma visão ampla da estrutura da comunidade, sua riqueza e distribuição de 
espécies, como também do potencial metabólico/ funcional de uma comunidade 
microbiológica presente. Permitem o estudo e composição de probióticos específicos a 
trazer benefícios, a inserção de microrganismos no rúmen, otimização da fermentação 
ruminal e o desenvolvimento de vacinas para as bactérias produtoras de metano. Estes 
estudos juntamente com o avanço das técnicas de pirosequenciamento podem 
esclarecer as interações entre as populações microbianas com o hospedeiro, a fim de 
otimizar a eficiência nutricional e a saúde dos animais.