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Imprimir esta páginaEnviar este artículo por E-mail, a un AmigoDe los biocombustibles y otros productos químicos a la producción de metano: un estudio analiza los misterios del intestino de una cabra
16/feb/2021


Michelle O’Malley se ha inspirado durante mucho tiempo en los microbios intestinales. Desde que comenzó a estudiar el tracto digestivo de los herbívoros…

 

Por Sonia Fernández, Universidad de California – Santa Barbara

Elway, una cabra de la isla de San Clemente, puede enseñarnos mucho sobre el bioprocesamiento. Crédito: Imagen de cortesía

Michelle O’Malley se ha inspirado durante mucho tiempo en los microbios intestinales. Desde que comenzó a estudiar el tracto digestivo de los herbívoros, la profesora de ingeniería química de la Universidad de California en Santa Bárbara ha guiado a varios estudiantes a sus títulos de doctorado, ganó premios de carrera temprana y media (incluido un reconocimiento del presidente Obama), obtuvo la titularidad y avanzó a la posición de pleno profesor. Incluso tuvo tres hijos en el camino. Una constante a través de todo: caca de cabra.

«Este ha sido el esfuerzo individual más largo en mi laboratorio» , dijo O’Malley, quien con su equipo de investigación en 2015 se embarcó por primera vez en un ambicioso proyecto para caracterizar microbios intestinales en grandes herbívoros . ¿El propósito? Comprender cómo estos animales se las arreglan, a través de sus microbiomas, para extraer energía del material vegetal, en particular de las partes fibrosas, no alimentarias, donde los azúcares están atrapados detrás de las resistentes paredes celulares de las plantas.

La comprensión de este proceso podría revelar métodos para extraer las materias primas necesarias para una amplia variedad de productos químicos necesarios para la vida moderna, desde biocombustibles hasta productos farmacéuticos, todos de partes de plantas abundantes y renovables. Esto, a su vez, podría disminuir o incluso eliminar nuestra dependencia de recursos más finitos para estos materiales.

Ahora, O’Malley ha alcanzado otro hito. En un artículo en la revista Nature Microbiology , ella y su equipo informan los resultados de más de 400 experimentos de enriquecimiento anaeróbico en paralelo, que incluyen más de 700 genomas microbianos previamente desconocidos y miles de nuevas enzimas, así como un posible mecanismo para gran parte de la el metano a menudo se atribuye a las vacas y cabras.

Pase de lista microbiano

«Una de las cosas que queríamos hacer con este estudio era preguntarnos si podíamos aprender las lecciones de bioprocesamiento que ofrece el tracto digestivo de las cabras « , dijo O’Malley. Como todos los rumiantes , las cabras tienen microbiomas intestinales que han evolucionado durante millones de años para secretar poderosas enzimas que descomponen las partes duras de las plantas, lo que permite a los animales acceder a la nutrición de una variedad de vegetación .

«El objetivo del estudio es realmente aprender sobre los microbios y, lo que es más importante, los equipos de microbios que realizan esos trabajos difíciles» , dijo.

De particular interés para los investigadores fueron los habitantes no bacterianos del microbioma del intestino de la cabra: «jugadores menores» como los hongos anaeróbicos que constituyen una pequeña fracción de la población dominada por bacterias. Estos miembros de la comunidad no solo son pocos y distantes entre sí, sino que son difíciles de cultivar, dijo O’Malley. Entonces, aunque la investigación del microbioma intestinal se ha realizado durante mucho tiempo, la mayoría de los estudios ignoran las contribuciones de miembros raros del microbioma.

«Nadie había observado realmente los efectos de estos miembros raros», dijo.

En aproximadamente 400 experimentos de enriquecimiento paralelo en materia fecal aportados por Elway, una cabra de la isla de San Clemente llamada que vive en el zoológico de Santa Bárbara, los investigadores descubrieron poblaciones de microbios que degradan la biomasa con diferentes sustratos de biomasa. Además, esculpieron algunas de estas poblaciones utilizando antibióticos para inhibir el crecimiento de bacterias, dejando que los microbios más raros, como los hongos y los metanógenos (organismos unicelulares del dominio Archaea), dominaran.

«Y luego secuenciamos todas esas culturas», dijo O’Malley. «Volvimos a juntar las secuencias de ADN fragmentadas para reconstruir genomas de alta calidad, y eso nos dio una imagen colectiva de quién estaba allí. Luego escaneamos estos genomas en busca de enzimas y vías que nos dieron una pista de lo que estaba haciendo cada microbio. en el microbioma «. Los investigadores del laboratorio de O’Malley secuenciaron estas muestras en el Instituto Conjunto del Genoma del Departamento de Energía (JGI) como parte del Programa de Ciencias de la Comunidad de JGI; colaboraron con expertos de JGI en secuenciación de metagenomas y genómica fúngica para este estudio.

En el proceso, el equipo descubrió más de 700 genomas microbianos nuevos «únicos a nivel de especie», según el estudio. También estaban presentes hongos raros que habían aislado previamente de grandes herbívoros.

«Pero esta fue la primera vez que realmente los veíamos en acción, en su comunidad normal», dijo O’Malley.

Pesos pesados

Para su pequeña población, resulta que los hongos juegan un papel desproporcionadamente grande en la degradación de la biomasa.

«Producen la mayor parte de las enzimas que degradan la biomasa de las que depende la comunidad para funcionar», anotó O’Malley. Además, según el documento, los hongos tienen otras estrategias, como la capacidad de penetrar físicamente en las paredes celulares de las plantas, exponiendo las superficies para que actúen estas enzimas.

Los investigadores también encontraron que, junto con el aumento de la tasa de degradación de la biomasa, se produjo un aumento en la producción de metano en los consorcios dominados por hongos. Si bien tanto las bacterias intestinales como los hongos intestinales forman asociaciones de dominio cruzado con los metanógenos, esencialmente pasando carbono a los arqueos que lo fermentan en gas natural, los hongos parecen ser más eficientes en eso.

«Creemos que los hongos son más efectivos para desviar el carbono al metano», dijo O’Malley. «En otras palabras, los hongos no están produciendo un montón de productos secundarios como lo harían las bacterias. Las bacterias producen ácidos grasos de cadena corta adicionales y otros productos químicos, además de algo de metano. Pero, los hongos pueden tener una ruta más directa para pasar materiales a los metanógenos «. Esto, según el documento, sugiere que «los hongos juegan un papel más importante en la liberación de metano de lo que se reconocía anteriormente».

Estas y otras ideas de la investigación nos acercan al desarrollo de tecnologías que utilizan microbios para crear sustancias químicas de importancia industrial a partir de la celulosa, el compuesto orgánico más abundante del planeta. O’Malley y su grupo están enfocados en comprender los roles y las interacciones entre los miembros de estas complejas comunidades ruminales, y están mirando hacia un futuro en el que las comunidades microbianas diseñadas puedan crear químicos de valor agregado.

«¿Podemos construir un biorreactor que albergue no solo un tipo de microbio, sino algunos o docenas? ¿Podemos hacer química realmente compleja como lo hace la naturaleza? Ese es el objetivo final aquí», dijo O’Malley.

Fuente: MUNDO AGROPECUARIO

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