MICROORGANISMOS RUMINALES

Los rumiantes tienen características de morfología y fisiología digestivas que los diferencian de los demás animales. Los principales contrastes ocurren en la porción anterior del tracto digesti- vo, en los órganos responsables del proceso de degradación de los alimentos. En los rumiantes la boca tiene funciones como la prensión, masticación, insalivación, deglución y la rumia. El rumen, retículo y omaso son órganos que anteceden el abomaso, y es en la función de estas tres estructuras que está sustentada la capacidad de los rumiantes para aprovechar los carbohi- dratos fibrosos de la dieta. La superficie exterior del rumen y retículo está rodeada por pliegues (pilares) que se proyectan al interior, separan al órgano en sacos y contribuyen con los movi- mientos de contracción de los sacos y el mezclado de la ingesta (Mora, 1972).

A diferencia del resto del tracto digestivo, las superficies internas del rumen, retículo y el omaso son epiteliales y no mucosas, es decir, que no se producen secreciones en dichos órganos. El líquido ruminal es muy dinámico, ya que existe un intercambio constante a tra- vés de la pared del órgano. Igualmente, hay enriquecimiento por saliva y agua de bebida, y la salida de líquido a través del omaso. En cuanto a los sólidos, la rapidez de su paso a través del rumen está afectada por el tamaño y el peso específico de las partículas, la digestibilidad y la cantidad de alimento consumido.

El rumen es una cámara de fermentación predominantemente anaeróbica, dominada por tres grandes poblaciones de bacterias, protozoarios y hongos. Se encuentra a tempe-

ratura promedio de 39 a 40° C y presenta un pH variable, producto de la misma fermenta- ción microbiana y del metabolismo corporal, lo que provee un ambiente apropiado para el crecimiento y reproducción de microorganismos. Es una fuente continua de sustratos (alimento, saliva, metabolitos microbianos, entre otros) con una continua remoción de productos por medio de absorción, crecimiento microbiano y paso a otros compartimen- tos (Mora, 1972).

La presencia de microorganismos en el rumen, favorecida por la ausencia de oxígeno, es lo que proporciona al animal sus características diferenciales respecto a otros mamíferos domés- ticos; estas son: la posibilidad de digestión de carbohidratos complejos (celulosa, hemicelulo- sa, lignina y pectina) para producir azúcares sencillos como la glucosa, el aprovechamiento de nitrógeno no proteico para su conversión en aminoácidos y en proteínas, la síntesis de la gran mayoría de las vitaminas hidrosolubles, y la producción y posterior utilización de ácidos grasos de cadena corta (AGVs) como fuentes de energía metabólica (Mora, 1972).

Físicamente los microorganismos ruminales pueden estar ubicados en uno o en varios de tres nichos: la interfase líquida, la fase sólida y la pared ruminal. La interfase líquida está constantemente agitada y homogenizada por las contracciones ruminales, y está expuesta a la mayor tasa de dilución y pasaje hacia el abomaso. Los microorganismos asociados a este espacio usualmente tienen tiempos cortos de división, así como metabolismo y regenera- ción celular acelerados. Por su parte, la fase sólida, principalmente compuesta por partículas alimenticias como fibra y granos, alberga una población microbiana usualmente organizada en complejas biopelículas, y por su misma naturaleza física presenta mayores tiempos de retención dentro del saco ruminal. Finalmente está el nicho asociado a las vellosidades y papilas de la pared ruminal, en el que las poblaciones microbianas están frecuentemente adheridas y mantienen complejas interacciones entre microorganismos y con las células del epitelio que reviste el interior del rumen (Czerkaeski, 1980).

Ruminococcus flavefaciens cepa G8

Su nombre fue otorgado por Sijpesteljn (1951). El género Ruminococcus comprende un grupo de bacterias ruminales anaerobias, celulolíticas. Se trata de un coco Gram-positivo, es decir, tiene una membrana celular interna rodeada por una pared celular gruesa de pep- tidoglicano, cuya función es dar rigidez al cuerpo celular y permitir el paso de nutrientes, enzimas y sustancias de desecho (Bryant et al., 1953). Su movilidad es nula. No se ha re- portado efecto patógeno para este microorganismo y ha sido catalogado por la Agencia de Protección Ambiental Americana (EPA) como de categoría toxicológica IV, a saber, prácti- camente no tóxico. El diámetro de la célula es de 0,8-0,9 μm (Stewart, 1997).

En un estudio realizado por Hungate, donde se aislaron dos cepas celulolíticas de morfolo- gía de coco, R. flavefaciens y R. albus, estas fueron distinguidas originalmente por la pigmen- tación. Las aisladas (blancas) incoloras fueron R. albus, y las aisladas amarillo-naranja R.fla- vefaciens. Algunas cepas de Ruminococcus presentan un color distinto, como amarillo-limón. Condiciones y características de crecimiento

El pH y latemperatura podrían considerarse como los factores más influyentes en el creci- miento, producción de biomasa y capacidad fermentativa de un microorganismo (Gómez, 2004; Ramkrishna et al., 2005).

Las oscilaciones desfavorables en el pH del medio podrían afectar directamente la es- tructura conformacional y función de las enzimas de los microorganismos, además de alte- rar los gradientes de fuerza protón-motiva y síntesis de ATP a nivel de la membrana celular. Los cambios en el pH también podrían tener efectos desfavorables en el balance y tipo de productos finales de la fermentación, al igual que en las características organolépticas del medio de cultivo (Ramírez, 2001).

R. flavefaciens ha sido clasificada como una bacteria mesófila, o sea, que su rango de temperatura de crecimiento se encuentra entre 15-41° C. Varios autores reportan que para

R. flavefaciens la temperatura óptima está entre 39° C y 45° C, mientras que el pH óp- timo se encuentra entre 6,4 y 6,6 (Pettipher y Latham, 1979). Otro factor relevante en el crecimiento de R. flavefaciens es la utilización de AGVs como combustible para función y actividad celular (Slyter y Weaver, 1969). Estudios realizados para bacterias celulolíticas (Bryant y Robinson, 1960; Allison et al., 1958) del género Ruminococcus, indican que estas requieren cierta cantidad de ácidos grasos volátiles para su crecimiento.

Actividad fermentativa de R. flavefaciens G8

R. flavefaciens obtiene la energía a través de la hidrólisis de nutrientes como la celulosa, la cual esta presente de manera abundante dentro del sistema digestivo del ruminate. De la misma forma, puede fermentar otros carbohidratos, como celobiosa, glucosa y xilosa. No fermenta maltosa ni lactosa. Estas características pueden variar según la dieta del animal hospedador (Bryant et al., 1958). La mayoría de Ruminococcus sp no pueden crecer sobre pentosa, aun- que muchos pueden utilizar las hemicelulosas como fuente de energía, sugiriendo una capaci- dad de crecer en productos oligoméricos de la hidrólisis enzimática (Dehority y Scott, 1967). En la producción de R. flavefaciens la mayor fuente de energía es la glucosa, que es absorbida en el citosol y se incorpora a la glucólisis, principal ruta metabólica para la conver-

sión de glucosa en piruvato y dióxido de carbono (Campbell, 2004), y AGVs como ácido fórmico, acético, succínico y láctico (Stewart et al., 1997). La bacteria utiliza los AGVs para sintetizar aminoácidos y otras biomoléculas que ingresarán a diversas rutas metabólicas y catabólicas de la célula.

La eficiencia metabólica de la célula bacteriana se expresa finalmente en ATP acumu- lado, al igual que en el poder reductor expresado como moles de NADH reducido. El ATP será principalmente invertido en reacciones de fosforilación y activación de kinasas y fos- fatasas, pero también como fuente de energía para activar y poner en funcionamiento las bombas symporters y antiporters, o finalmente para realizar transporte activo de nutrientes hacia el interior de la célula (Dehority, 1993).